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附錄A 外文翻譯 具有可編程閥的單桿液壓缸的節(jié)能控制和改進(jìn)的工作模式選擇 摘要 本文研究了一種單桿液壓缸的節(jié)能自適應(yīng)魯棒精度運(yùn)動(dòng)控制方法。本研究中使用的可編程閥門是五種比例閥的獨(dú)特組合，它的連接方式是，米和米的流量可以由四個(gè)閥門獨(dú)立控制，以及由第五個(gè)閥門控制的真實(shí)的橫口流量?？删幊痰拈y門將米進(jìn)和米出流分離開來，提供了巨大的靈活性來控制氣缸的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用負(fù)載的勢能和動(dòng)能減少能量的使用。本文研究了可編程閥的不同工作條件，并提出了一種簡單而有效的方法，即基于理想狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài)的可編程閥。 介紹 液壓系統(tǒng)的使用在整個(gè)工業(yè)中都很普遍，因?yàn)樗捏w積比大。液壓系統(tǒng)在建筑和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，非常適合這些應(yīng)用。近年來，趨勢是用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥代替機(jī)械閥門。電動(dòng)液壓閥的使用意味著復(fù)雜的電子控制可以應(yīng)用于控制系統(tǒng)。由于高度非線性的水力動(dòng)力學(xué)[9]，液壓系統(tǒng)的控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此外，體積模量等參數(shù)隨油溫變化和部件磨損而發(fā)生劇烈變化。在建筑和農(nóng)業(yè)機(jī)械的情況下，由液壓缸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)本身可能是高度非線性的。通常，機(jī)械連接的參數(shù)可能會(huì)有很大的變化，通常是未知的，例如外部負(fù)載。此外，外部擾動(dòng)、泄漏和摩擦等重要的不確定非線性也不清楚，不能精確建模[3]。這些因素對(duì)液壓系統(tǒng)的控制有很大的困難。 電動(dòng)液壓閥的出現(xiàn)和復(fù)雜數(shù)字控制的結(jié)合大大提高了液壓系統(tǒng)的性能。采用傳統(tǒng)的四路換向閥的系統(tǒng)能夠滿足Bu和Yao所示的高性能規(guī)格，但不能同時(shí)提供精確的運(yùn)動(dòng)控制和單個(gè)氣缸腔壓力控制，以實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能。有一個(gè)典型的四路方向控制閥，只有兩個(gè)氣缸狀態(tài)之一(壓力)，是完全可控的，并且有一個(gè)一維的內(nèi)部動(dòng)力學(xué)。雖然一維內(nèi)部動(dòng)力學(xué)是穩(wěn)定的[3]，但它不能被任何控制策略修改。一旦指定了所需的運(yùn)動(dòng)，控制輸入是唯一確定的，這使得調(diào)節(jié)單個(gè)氣缸腔的壓力不可能節(jié)省能量。其結(jié)果是，雖然可以實(shí)現(xiàn)高性能跟蹤，但同時(shí)高水平的節(jié)能是不能實(shí)現(xiàn)的。無法控制的狀態(tài)是由于在一個(gè)典型的方向控制閥中，米-in和米-out孔是機(jī)械連接在一起的。這是典型的四通方向控制閥的一個(gè)基本缺點(diǎn)。如果這一環(huán)節(jié)被破壞，閥門的靈活性就會(huì)大大提高，從而大大提高液壓效率[6]。 打破米與米之間的機(jī)械連接的技術(shù)是眾所周知的，已經(jīng)在重工業(yè)應(yīng)用中使用了好幾年。通常情況下，閥芯閥被4個(gè)poppet類型的閥門所取代[6]。在整個(gè)移動(dòng)液壓行業(yè)，這一主題有許多細(xì)微的變化。Deere & Company、Moline、IL以及卡特彼勒公司、Joliet、iland和Moog Inc.等公司的專利證明了這項(xiàng)技術(shù)的潛力[7,1,5]。 本研究中使用的閥門配置采用四閥桿式閥桿式閥門，并使附加的閥門能夠?qū)崿F(xiàn)真正的跨端口流動(dòng)。該配置允許獨(dú)立的米進(jìn)，米出控制除了可獲得的跨端口再生流。其結(jié)果是一個(gè)可編程的閥門能夠控制每個(gè)氣缸的狀態(tài)，并為最佳的能源使用提供再生流。本研究中使用的可編程閥配置如圖1所示。 圖1所示.可編程閥布局 可編程閥的使用提供了多個(gè)輸入來控制兩個(gè)氣缸狀態(tài)。其結(jié)果是，兩個(gè)圓柱體，和，都完全可以控制。事實(shí)上，有多種方法來控制兩個(gè)圓柱體的狀態(tài)，這使得實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制和節(jié)省能源的目標(biāo)成為可能。 本研究的目的是研究可編程閥門在實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)動(dòng)跟蹤和高節(jié)能的雙重目標(biāo)方面的簡單而有效的應(yīng)用。不同于以往的工作，本文提出了一種基于期望狀態(tài)和軌跡的工作模式選擇方法以及當(dāng)前的壓力。可編程的閥門是在一個(gè)機(jī)器人手臂上實(shí)現(xiàn)的，它模仿了一個(gè)典型的液壓系統(tǒng)的工業(yè)反鏟。 具體的控制器結(jié)構(gòu)由任務(wù)級(jí)控制器和閥級(jí)控制器組成。任務(wù)級(jí)控制器計(jì)算所需的氣缸力，確定可編程閥的工作方式。該閥位控制器包括一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器算法，以保持低的離側(cè)腔壓力和自適應(yīng)魯棒控制器，以提供有效的運(yùn)動(dòng)控制，盡管存在各種不確定性和非線性。 本文的其余部分組織為:第1節(jié)介紹了實(shí)驗(yàn)設(shè)置和動(dòng)態(tài)模型。第2節(jié)詳細(xì)介紹了所需的基于氣缸的工作模式選擇。第3節(jié)提供了側(cè)壓力調(diào)節(jié)器和工作側(cè)弧運(yùn)動(dòng)控制器。第4節(jié)給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第5節(jié)給出了結(jié)論。 圖2.液壓機(jī)械手的坐標(biāo)系 1 問題的制定和動(dòng)態(tài)模型 本文重點(diǎn)介紹了三自由度電動(dòng)液壓機(jī)械手臂的臂架運(yùn)動(dòng)控制。系統(tǒng)的坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)角和物理參數(shù)如圖2所示。電動(dòng)液壓機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程直接取自于Bu和Yao[4]。臂架運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)可以描述。 其中和分別為氣缸的頭和桿端壓力，和分別是氣缸的頭和桿端區(qū)域，表示包括外部擾動(dòng)和摩擦力矩等項(xiàng)的集中擾動(dòng)力矩。 和的重心的坐標(biāo)的坐標(biāo)系,和堅(jiān)持重心的坐標(biāo)的坐標(biāo)系,是貼的質(zhì)量部門,未知的質(zhì)量慣性加載附加到結(jié)束的手臂。為了簡單起見，假定慣性負(fù)載是一個(gè)點(diǎn)質(zhì)量。慣性矩和重力都依賴于未知元素。因此，慣性矩和重力被分為兩部分。術(shù)語cj和)(2 q G c僅包含可計(jì)算的數(shù)量和術(shù)語)(2 q gl m G L和2e L L m，其中包含未知量L m)。未知的術(shù)語需要通過參數(shù)的適應(yīng)來估計(jì)。忽略氣缸泄漏，可以將圓筒方程寫成[9]。 在和缸總量的頭部和桿端分別為和時(shí)初始控制卷,β是有效體積彈性模量。Q1和Q2分別是供給和回流。 對(duì)于圖1中的可編程閥，Q1和Q2是由下列式子得出， 孔口流量可以描述為 其中為非線性孔板流動(dòng)映射，作為壓降、和孔板開口的函數(shù)，，與傳遞函數(shù)式(6)的命令電壓有關(guān)。 其中固有頻率和阻尼比分別是和。 由于非線性流映射很難準(zhǔn)確地確定，因此假設(shè) 和代表的是近似的閥門映射和1和表示流映射的建模錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的影響將通過強(qiáng)有力的反饋來處理。 附錄B 外文原文 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開題報(bào)告 論 文 題 目： 輪式 起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 樂皓宇 指導(dǎo)教師（職稱）： 李吉 （教授） 2018 年 1 月 12 日 填 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求 開題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題； 2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。 四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通 過分析、研究、綜合 ，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過； 3.開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報(bào)告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印 并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 1 一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域 工程機(jī)械領(lǐng)域 、 CAD。 2、論文 研究 的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 起重機(jī) 是用來對(duì)物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械， 完成靠人力無 法完成的物料搬運(yùn)動(dòng)作，以減輕人們的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、 礦山、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個(gè)領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用 。 近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)生活中對(duì)起重機(jī)的需求越來越大，所以起重機(jī) 的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起 重機(jī)轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進(jìn)幾年我國 的汽車式起重機(jī)發(fā)展很快。 輪式 起重機(jī)的 應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在如下幾方面 ： （ 1）裝卸貨物效率比較高。因?yàn)槎ㄎ荒芰^好，貨物裝卸位置來回調(diào)整的時(shí)間 減少，工作效率得到提高。 （ 2）操作簡便快捷。準(zhǔn)備工作步驟簡單和時(shí)間較短，貨物裝卸簡便快捷。 （ 3）節(jié)省作業(yè)成本。適合裝卸體積較大的貨物，人力和物力成本得到節(jié)約。 起重機(jī)上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，減輕體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率， 主要依賴液壓缸與各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密切配合，液壓缸在起重機(jī)主機(jī)中產(chǎn)值占比 3%- 7%，在液壓元件總產(chǎn)值中 約占 20%。起重機(jī)的液壓缸種類很多，而工況不盡相同， 特別是大噸位起重機(jī)液壓缸的種類更豐富。 圖 1 輪式 起重機(jī)上液壓缸的分布 單級(jí)液壓缸在 輪式 起重機(jī) 上的應(yīng)用比較多，如變幅機(jī)構(gòu)、支撐腿等，這類液壓 缸的 強(qiáng)度決定了最大起重量時(shí)整機(jī)起重性能，其自重直接影響整機(jī)傾覆穩(wěn)定性 。 因 而 單級(jí)液壓缸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，將直接影響整機(jī)的性能，如整機(jī)重量、整機(jī)重心 高度和整機(jī)穩(wěn)定性等。 本次 設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)的能力，進(jìn)一步鞏固和加深 對(duì)所學(xué)的知識(shí)，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力 。培養(yǎng)自身 的設(shè) 計(jì)計(jì)算、工 程繪圖、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、 文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 國外 輪式 起重機(jī)已形成了多方位多體系的產(chǎn)品構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品品種系列化、 功能多元化和機(jī)電液一體化，廣泛用于一般起重吊裝與高空作業(yè)、設(shè)備檢測及維修 等行業(yè)。 瑞典是世界上生產(chǎn)制造 輪式 起重機(jī)比較早的國家， HIAB（希亞伯）公司生產(chǎn) 的一般用途折臂式產(chǎn)品的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸較小。日本主要的生產(chǎn)制造公 司有古河 UNIC、多田野、加藤等，各種類型的直臂式和折臂式產(chǎn)品都進(jìn)行生，而 主要是直臂式產(chǎn)品。 我國 輪式 起重機(jī)的生產(chǎn)起步較晚， 70年代末，全國生產(chǎn)的 輪式 起重機(jī)產(chǎn)品品 種還非常單一，生產(chǎn)規(guī)模也很小；到 80年代， 輪式 起重機(jī)產(chǎn)品的品種及產(chǎn)量逐步呈 增長趨勢 。 目前，全國具備一定生產(chǎn)規(guī)模的 輪式 起重機(jī)廠家約有 10 多家，國有企業(yè) 主要有中聯(lián)重型機(jī)械科技有限公司、徐州 輪式 起重機(jī)公司、石家莊煤礦機(jī)械廠、山 西長治清華機(jī)械廠等，民營企業(yè)主要有由湖南專用汽車制造廠改制后分立成的湖北 程力汽車公司起重機(jī)公司、江西江環(huán)汽車有限公司及湖南飛濤專用汽車公司等。 在起重機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)與制造理論的基礎(chǔ)上，深入地分析影響液壓缸可靠性的因 素，構(gòu)建一個(gè) 比較有效的可靠性綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性進(jìn)行綜 合評(píng)價(jià)，為液壓缸可靠性評(píng)價(jià)提供一個(gè)分析工具，進(jìn)而找出影響其可靠性的關(guān)鍵因 子，有針對(duì)性地提出相應(yīng)的對(duì)策和措施。 液壓缸可靠性影響因素包括設(shè)計(jì)、原材料、熱處理、加工制造、裝配、試驗(yàn)、 使用等。由于影響因素多，所以控制環(huán)節(jié)較多，失控風(fēng)險(xiǎn)大，特別是大噸位起重機(jī) 液壓缸因其缸徑桿徑大、行程長，在結(jié)構(gòu)形式、材料、密封件的選型上受到限制， 可靠性更加難以控制。液壓缸制作出來，需要解決筒體及桿體原材料問題、筒體內(nèi) 孔和桿體外圓加工問題、熱處理問題、密封件選型問題、試驗(yàn)測試 問題等。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.本論文 重點(diǎn)解決的問題； （ 1）分析 輪式 起重機(jī)液壓系統(tǒng)的組成原理，各液壓缸的分布區(qū)位置及工作原理，重 點(diǎn)分析單級(jí)液壓缸的使用與功能。 （ 2）設(shè)計(jì)起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的上單級(jí)液壓缸、垂直支撐腿的單級(jí)液壓缸，包含了液壓 缸筒、活塞、活塞桿等部件的設(shè)計(jì)。 2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 1.）收集 輪式 起重機(jī)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握其液壓系統(tǒng)工作原理，各液壓缸的 分布位置及功能。 2）分析 起重機(jī)的 變幅機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)變幅機(jī)構(gòu)上的單級(jí)液壓缸 ； 3） 分析起重機(jī)的支腿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)支腿機(jī)構(gòu)上的單級(jí)液壓缸； 4）完成上述單級(jí) 液壓缸筒、活塞、活塞桿等部件計(jì)算，材料選擇，導(dǎo)向、密封 形式，液壓缸的安裝等。 5） 計(jì)算選擇合適的 液壓 閥 、油管 等液壓元件； 6） 繪制裝配圖及主要零件圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。 1）完成單級(jí)液壓缸的裝配圖、各零件圖（ CAD繪制）； 2）完成設(shè)計(jì)說明書一份； 3）外文資料翻譯； 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 本課題針對(duì)某汽車起重機(jī) 上的單級(jí)液壓缸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)單級(jí)液壓缸所在位 置及功能 要求 ，確定液壓系統(tǒng) 傳動(dòng)方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的 理論力學(xué)計(jì)算方法和現(xiàn)代 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 方法對(duì) 液壓缸 進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。 起重機(jī)主要的參數(shù)： 最大起重量： 60T； 起升高度為基本臂作業(yè) 10.2米，最長主臂作業(yè) 38米 ； 起重機(jī)的幅度 R=3m； 基本臂起重力矩為 150 tm，最長主臂的起重力矩為 85 tm； 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 ： 第 1-4 周 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，收集參考文獻(xiàn) 資料，撰寫開題報(bào) 告； 學(xué)習(xí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)中 所用軟件 等； 第 5-6 周 分析 輪式 起重的液壓系統(tǒng)組成及各部分的 功能，確定起重機(jī)液 壓缸的分布布置，液壓缸的類型等； 第 7-10周 針對(duì)起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)、支腿機(jī)構(gòu)用的單級(jí)液壓缸進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，確定液壓回路，關(guān)鍵液壓元器件選型等； 第 11-12周 完成 單級(jí)液壓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包含 液壓缸筒、活塞、活塞桿等部件計(jì)算，材料選擇，導(dǎo)向套、密封形式，液壓缸的安裝等。 第 12-13周 繪制液壓缸的裝配圖，各零部件的圖紙； 第 14-15周 撰寫設(shè)計(jì)說明書 ，翻譯外文文獻(xiàn)； 第 16周 進(jìn)一步完整設(shè)計(jì)資料，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 PPT； 四 、 主要的參考文獻(xiàn) 1 王鳳萍 ,孫穎等 .國內(nèi)外 輪式 起重機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J.工程機(jī)械 ,2014.02 2劉曉明 , 葉瑋 .液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行特性分析 J.液壓傳動(dòng)與控制， 2013.7 3 劉觀華 . 液壓缸的密封結(jié)構(gòu) J, 液壓氣動(dòng)與密封 , 2014 年第 2 期 4 魏效玲 ,張寧博 ,景曉桓 .輪式 起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì) J.河北建筑科技學(xué)院學(xué) 報(bào) ,2015,22(4):94-96. 5 車仁煒，胡長勝，陸念力 . 輪式 起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析 J. 建筑機(jī)械 , 2005,(2):68-71. 7 羅軍， 輪式 起重機(jī)液壓系統(tǒng)研 究與優(yōu)化 D. 長安大學(xué)碩士論文， 2014.6 8 石蘭芳，基于模糊可拓的大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性評(píng)價(jià)研究 D. 吉林大學(xué)碩士論文，長 春， 2014.4 9 周建軍 .探討如何提高機(jī)械液壓缸壽命的初探 J,中國新技術(shù)新產(chǎn)品 , 2016.12 10 吳洋子 . 軋機(jī) AGC 液壓缸的結(jié)構(gòu)性能及可靠性研究 D. 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2012 11 EC, CB. Performance assessment of complex maintenance policies using stochastic PetrinetsJ. Proceedings of Esrel 2012,(2):17 32. 12Kenobi T.Unbeaten H. Adaptive position control of dectro hydraulic servosystems using ANN. Mechatronics. 2000,10(1):127 143. 13Durga Rao K,Gopika V,Verma A K. Dynamic fault tree analysis using Monte Carlo simulation in probabilistic safety assessmentJ . Reliability Engineering and System Safety. 2009(94):872 883. 14 LI Yang， WANG Long， JIANG Jihai1. Experimental Research on Internal and External Leakageof Construction Machinerv Hvdraulic Cvlinderj.Hvdromechatronics Engineering. Jun .2012 15 Zio E， Marella M， Podofillini L. A Monte Carlo simulation approach to the availability assessment of multi state systems operational dependenciesJ Reliability Engineering and System Safety 2007:82-92. 附文獻(xiàn)綜述 : 文獻(xiàn)綜述 1 起重機(jī) 的 應(yīng)用 現(xiàn)狀 起重機(jī)是用來對(duì)物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械，完成靠人力無 法完成的物料搬運(yùn)動(dòng)作，以減輕人們的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、 礦山、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個(gè)領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用。 起重機(jī)上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，減輕體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，主 要依賴液壓缸與各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密切配合，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，液壓缸在起重機(jī)主機(jī)中 產(chǎn)值占比 3%-7%，在液壓元件總產(chǎn)值中約占 20%1。起重機(jī)式一種循環(huán)的，間 歇運(yùn) 動(dòng)的，短程搬運(yùn)物料的機(jī)械，一個(gè)工作循環(huán)，一般包括上料，運(yùn)送，卸料及回到原 位的過程，即取物裝置從取物地點(diǎn)，由起升機(jī)構(gòu)吧物料提起，由運(yùn)行回轉(zhuǎn)或變幅機(jī) 構(gòu)把物料移位，然后物料在指定的地點(diǎn)下放，接著進(jìn)行相反的動(dòng)作，使取物裝置回 到原位，以便進(jìn)行下一步的工作循環(huán)，在兩個(gè)工作循環(huán)之間一般由短暫的停歇。起 重機(jī)工作時(shí)，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于啟動(dòng)，制動(dòng)，正向，反向，等相互交替的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 之中。因此，用戶在選購起重機(jī)對(duì)比性能優(yōu)劣時(shí)，將液壓缸的可靠性作為首先考慮 的一個(gè)典型指標(biāo) 2。 2 液壓 傳動(dòng)技術(shù)及液壓缸的應(yīng)用與發(fā)展 液壓缸是起重 機(jī)關(guān)鍵執(zhí)行元件，也是其液壓系統(tǒng)的重要元件，其能將液壓能轉(zhuǎn)化 機(jī)械能；液壓缸可靠性直接決定了起重機(jī)使用可靠性。 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)單元包括 缸底、缸筒、活塞、活塞桿、桿頭及各種密封件等。各結(jié)構(gòu)單元本身的結(jié)構(gòu)形式多 種多樣 ， 同一結(jié)構(gòu)形式的零件又有多型號(hào)的系列尺寸 ， 而且各結(jié)構(gòu)單元之間的聯(lián)接 方式又有多種類型 ， 是一種典型的樹狀結(jié)構(gòu)。 因此，可以說液壓元件及液壓系統(tǒng)的 可靠性將直接關(guān)系起重機(jī)的工作可靠性。液壓缸是液壓元件重要組成成員，液壓缸 可靠性問題受到越來越多的重視。 西安科技大學(xué)的曹春玲教授 7在液壓缸在 參數(shù)化設(shè)計(jì) 方面進(jìn)行了深 入研究，參 數(shù)化設(shè)計(jì) 也叫尺寸驅(qū)動(dòng) 設(shè)計(jì)， 是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)外形大體一致 ，可 用一組參數(shù)來 約定其尺寸關(guān)系。參數(shù)化設(shè)計(jì)是技術(shù)在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中被提出來并得到發(fā)展的、有 著強(qiáng)大實(shí)用價(jià)值的技術(shù)。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中 不僅可使系統(tǒng)具有交互式 繪圖功能 ， 還具有自動(dòng)繪圖的功能。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng) ， 將設(shè)計(jì)采用的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累， 使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中減少因個(gè)人知識(shí)的局限性而造 成的錯(cuò)誤 ， 減少重復(fù)性勞動(dòng)操作 ， 減少信息的存儲(chǔ)量 ， 并大大提高設(shè)計(jì)速度 。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化系統(tǒng)的核心技術(shù)之一 。清華大學(xué)的機(jī)械工 程學(xué)院 8在液壓系統(tǒng)的 集成化 設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，將液壓元件集成化。涉及 虛擬 產(chǎn)品的集成建模技術(shù)、虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的集成化、虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測試和制造的 集成化等。 另外， 將人的知識(shí)和智能融入到虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中 ， 使新產(chǎn)品開發(fā)過 程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 ， 將智能化的知識(shí)和數(shù)字產(chǎn)品結(jié)合起來 ， 使其具有自律、分布、智能、 仿生和分形等特點(diǎn)。 液壓缸是液壓系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件。液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量 輕、能容量大；調(diào)速范圍大，可方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；可方便靈活地布置傳動(dòng)裝置； 與微電子技術(shù)結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；可實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 現(xiàn)在的液壓技術(shù)正在朝著以下幾個(gè)方面進(jìn)行飛速的發(fā)展： （ 1）節(jié)能。因?yàn)楫?dāng)前能源的不斷緊缺，很多國家都把節(jié)能看作液壓技術(shù)不斷發(fā) 展的重要問題。上個(gè)世紀(jì)，一些科技發(fā)達(dá)的國家研制出了一些節(jié)能液壓元件，例如 負(fù)載敏感泵和具有低功率的電磁鐵等，為節(jié)能做出了一定的貢獻(xiàn)。 （ 2）液壓技術(shù)與微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。計(jì)算機(jī)控制和集成傳感器技術(shù)的 不斷普及，創(chuàng)造了充分的條件使液壓和電子技術(shù)的相互結(jié)合。微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù) 的不斷發(fā)展過程中，各類數(shù)字泵和數(shù)字閥隨之出現(xiàn)，而且還出現(xiàn)了一種具有反饋的 閉環(huán)液壓裝置，其將單片機(jī)直接安裝在了液 壓系統(tǒng)中。 （ 3）將液壓系統(tǒng)的可靠性不斷的進(jìn)行提高。在液壓系統(tǒng)研發(fā)中更多的使用有限 元分析方法、進(jìn)行可靠性試驗(yàn)以及不斷的發(fā)展新工藝技術(shù)等，大大的提高了液壓元 件的使用壽命。近些年來液壓技術(shù)也廣泛使用在航天航空等重要先進(jìn)領(lǐng)域，在使用 中對(duì)這種技術(shù)的研究得到了加強(qiáng)，并且在一定程度上獲得重要成果，從而對(duì)提高液 壓系統(tǒng)的可靠性起到了一定的促進(jìn)作用。 （ 4）液壓元件的高度集成化。使用疊加閥塊、集成塊和插裝閥塊，將各類控制 閥高度集成在液壓泵和其它各個(gè)執(zhí)行元件上，從而形成一個(gè)組合形式的液壓元件。 還有將單片機(jī)芯片等電子元件高度 集成在液壓系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)中，從而在一定程度 上完成了高度集成化的機(jī)電液一體化。 3 液壓缸分類及設(shè)計(jì)要求 液壓缸的結(jié)構(gòu)型式有活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸三大類，活塞缸和柱塞缸實(shí)現(xiàn)往復(fù) 直線運(yùn)動(dòng)，輸出速度和推力，擺動(dòng)缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)，輸出角速度（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)矩。 液壓缸除了單個(gè)地使用 外 ， 還可以兩個(gè)或多個(gè)地組合起來或和其他機(jī)構(gòu)組合起來使 用。 起重機(jī)的液壓缸種類很多，而工況不盡相同，特別是大噸位起重機(jī)液壓缸的種 類更豐富。對(duì)于起重機(jī)來說，多個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作依賴于作為執(zhí)行元件的液壓缸。用來 衡量液壓缸產(chǎn)品性能指標(biāo)有可靠性、安全性、緩沖 性能、清潔環(huán)保、作業(yè)噪聲、智 能化程度、經(jīng)濟(jì)性、制造水平、節(jié)能性等，而可靠性是液壓缸最主要的質(zhì)量性能指 標(biāo) 3。 Kenobi T 等 12設(shè)計(jì)發(fā)了液壓 缸 疲勞試驗(yàn)裝置，可對(duì)推力為 30、 50、 150KN 等 在 10KHZ 件下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。 Durga Rao K,等 13移動(dòng)式液壓 缸的 耐用性和續(xù)航能力，對(duì)其聚四氟乙稀密封件 的密封性能、耐高壓性能、螺紋連接和支撐結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行了測試。 LI Yang 等 14以 35 的環(huán)境溫度條件和 250mm/s 的運(yùn)行速度為加速應(yīng)力，對(duì)液 壓虹進(jìn)行了加速壽命試驗(yàn)，并將測試結(jié)果作為該 液壓社可靠性的指標(biāo)。 液壓缸可靠性影響因素包括設(shè)計(jì)、原材料、熱處理、加工制造、裝配、試驗(yàn)、 使用等。由于影響因素多，所以控制環(huán)節(jié)較多，失控風(fēng)險(xiǎn)大，特別是大噸位起重機(jī) 液壓缸因其缸徑桿徑大、行程長，在結(jié)構(gòu)形式、材料、密封件的選型上受到限制， 可靠性更加難以控制 。 4 建議與展望 （ 1）深入 對(duì)起重機(jī)液壓缸基礎(chǔ)理論及可靠性因素進(jìn)行分析。闡述起重機(jī)液壓缸 的應(yīng)用與發(fā)展趨勢、工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)及工作原理等基礎(chǔ)上，對(duì)大噸位起重機(jī)液壓缸 可靠性因素進(jìn)行深入分析，重點(diǎn)從設(shè)計(jì)可靠性因素、制造可靠性因素、使用可靠性 因素三方面進(jìn)行展開論述 ，并對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算、密封、制造工藝、加工工藝 及質(zhì)量過程控制、常見故障形式及排除等影響液壓缸可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和因素進(jìn)行 深入分析。 （ 2）在 起重機(jī)液壓缸可靠性因素分析和可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建原則的基礎(chǔ)上，構(gòu) 建一套大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了液壓缸可靠性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則； 液壓缸可靠性影響因素包括設(shè)計(jì)、原材料、熱處理、加工制造、裝配、試驗(yàn)、使用 等。 同時(shí)，構(gòu)建了大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性評(píng)價(jià)模型，在該模型中，運(yùn)用層次分 析法確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，采用模糊評(píng)價(jià)模型來進(jìn)行大噸位起重機(jī)液壓缸可靠 性綜合評(píng)價(jià)。 審 核 意 見 指導(dǎo)老師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述封方面 進(jìn)行評(píng)閱） 簽字 日期 教研室主任意見 簽字 日期 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見 簽字 日期 公章：機(jī)械工程學(xué)院 摘 要 隨著起重機(jī)設(shè)備的需求越來越大，不管是橋梁建筑、港口、公路、礦山、倉庫等行業(yè)，起重機(jī)的應(yīng)用與技術(shù)研發(fā)是現(xiàn)階段重要的研究課題。 在各種型號(hào)的起重機(jī)中，汽車式起重機(jī)具有轉(zhuǎn)場靈活，功能齊全，方便快捷的優(yōu)勢，本文對(duì)起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)性能及安全使用進(jìn)行研究。 起重機(jī)的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)大件物體進(jìn)行調(diào)運(yùn)，通過起重機(jī)上的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、起重機(jī)構(gòu)等完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)起重功能。目前，絕大多數(shù)起重機(jī)是依靠液壓缸、液壓閥、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等為工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。起重機(jī)是一種間歇工作方式，起吊物體、過程中運(yùn)輸、裝卸到指定位置，然后返回到原位置。 本次設(shè)計(jì)針對(duì)YQ-100型汽車起重機(jī)變幅液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在三鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)變幅回路的液壓缸進(jìn)行了分析。包括缸筒、活塞、活塞桿等部件計(jì)算，材料選擇，導(dǎo)向、密封形式，液壓缸的安裝，各零件的加工工藝，需要解決筒體及桿體原材料問題、密封件選型問題等問題等，對(duì)變幅機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，關(guān)鍵的液壓元件選型。采用cad繪圖軟件，結(jié)合整體尺寸繪制出油缸各主要部件的零件圖。 關(guān)鍵詞：汽車起重機(jī)；變幅機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)；液壓缸；活塞 III Abstract With the increasing need of lifting equipment, whether in bridge construction, ports, highways, mines, warehouse and other industries, the application of the crane and technology research and development is an important research subject at present. In various types of cranes, the automobile crane has the advantages of flexible rotating field, complete functions and convenient and fast. This paper studies the performance and safe use of the crane's variable amplitude mechanism. The function of crane is to carry out the transportation of large objects. Through the driving structure, driving mechanism, lifting mechanism and other complex mechanical movements of crane, the lifting function can be realized. At present, most cranes rely on hydraulic cylinder, hydraulic valves, various kinds of transmission mechanism for the work of the implementation mechanism. Crane is a kind of intermittent work, lifting objects, transportation, loading and unloading to the specified position, and then return to the original position. The design for truck crane luffing YQ - 100 type hydraulic system design, based on the three hinged point amplitude structure, amplitude loop hydraulic cylinder, piston and piston rod components such as calculation, material selection, orientation, seal form, the installation of the hydraulic cylinder, the processing technology of each parts, need to solve the problem of cylinder and the rod body materials and seal selection problem and other issues, such as the luffing mechanism hydraulic system design, key hydraulic components selection. The part drawing of all the main parts of the oil cylinder is drawn by cad drawing software in combination with the overall size. Key Words: Automobile crane; Variable amplitude mechanism; Hydraulic system; Hydraulic cylinder; Piston 目錄 摘 要 I Abstract II 目錄 I 1.緒論 1 1.1本課題研究的背景及意義 1 1.2汽車起重機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 2 1.3液壓傳動(dòng)應(yīng)用于汽車起重機(jī)上的優(yōu)點(diǎn) 4 1.4本文主要研究內(nèi)容 4 2.起重機(jī)液壓系統(tǒng)原理及液壓參數(shù)計(jì)算 6 2.1 QY100型汽車起重機(jī)主要性能參數(shù) 6 2.2起重機(jī)液壓系統(tǒng)組成 7 2.3變幅系統(tǒng)方案及變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的確定 8 3 變幅機(jī)構(gòu)的液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算 12 3.1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu) 12 3.2 變幅液壓缸基本參數(shù)的確認(rèn) 12 3.3 液壓缸缸筒的設(shè)計(jì) 15 3.4對(duì)于活塞的計(jì)算和設(shè)計(jì) 17 3.5活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.6活塞的導(dǎo)向環(huán) 21 3.7活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 22 3.8 確定安裝和連接的元件 24 4 變幅液壓系統(tǒng)及關(guān)鍵控制部件選型 25 4.1變幅系統(tǒng)液壓原理的設(shè)計(jì) 25 4.2對(duì)于液壓泵的選取 26 4.3平衡閥 26 4.4多路換向閥 27 4.5 先導(dǎo)控制閥 28 4.6油管 29 4.7濾油器. 29 5.液壓缸關(guān)鍵零部件的制造工藝設(shè)計(jì) 30 5.1 主要技術(shù)參數(shù) 30 5.2缸筒的制造工藝流程 30 5.3活塞桿的制造工藝流程 32 5.4活塞與導(dǎo)向套的制造工藝流程 33 6.結(jié)論 36 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 45 II 輪式起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.緒論 1.1本課題研究的背景及意義 起重機(jī)在生產(chǎn)生活中很常見，我們能經(jīng)常在工地或其他生產(chǎn)線上見到它們。它們能實(shí)現(xiàn)大型裝備的起重、裝卸、短途運(yùn)輸和起重。 起重機(jī)的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)大件物體進(jìn)行調(diào)運(yùn)，通過起重機(jī)上的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、起重機(jī)構(gòu)等完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)起重功能[1]。目前，絕大多數(shù)起重機(jī)是依靠液壓缸、液壓閥、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等為工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。起重機(jī)是一種間歇工作方式，起吊物體、過程中運(yùn)輸、裝卸到指定位置，然后返回到原位置。即吊裝裝置從起吊位置，通過升降機(jī)構(gòu)將物體抬起，通過吊臂的旋轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)將被吊物體放在指定地方，接著進(jìn)行下一個(gè)工作周期。 近些年來，隨著各行以及各業(yè)基礎(chǔ)工程建設(shè)，倉儲(chǔ)物流、大型裝備的轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝需求增加，人們對(duì)起重機(jī)的使用和需要一天天的增長。所以，起重機(jī)的穩(wěn)定可靠的性能，各功率等級(jí)的起重機(jī)都要迫切市場需求。尤其的汽車起重機(jī)的的運(yùn)動(dòng)便利，吊裝靈活，適用性廣，便利快捷，目前對(duì)于汽車起重機(jī)的應(yīng)用范圍十分之廣。 針對(duì)汽車隨車起重機(jī)的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)主要如下體現(xiàn)[3]： （1）隨車起重機(jī)的的運(yùn)動(dòng)靈活，裝卸過程效果好，且吊裝機(jī)構(gòu)的定位性能好，可以大大減少起吊臂裝卸位置的調(diào)整。 （2）整個(gè)吊裝過程操作簡便，貨物的裝卸過程簡單，靈活性大。 （3）汽車起重機(jī)的靈活性大，適用于各類貨物、不同批量的物料裝卸，節(jié)省吊裝成本。 汽車起重機(jī)在起重機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組合能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)，提高裝載卸貨的效率及速度。液壓起重機(jī)主要通過其液壓泵、液壓閥及各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等為工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。起重機(jī)的間歇工作方，短距離短工作時(shí)間的搬運(yùn)，起吊物體、過程中運(yùn)輸、裝卸到指定位置，然后返回到原位置。起重機(jī)的液壓缸多種多樣，工作環(huán)境差異大。 圖1.1 起重機(jī)上液壓缸的分布 液壓缸的汽車起重機(jī)上的關(guān)鍵執(zhí)行部件之一，如起重機(jī)起重臂油缸、變幅機(jī)構(gòu)的變幅油壓缸、橫向與縱向支撐腿的油壓缸等。 1.2汽車起重機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 1.2.1 國外汽車起重機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 國外起重機(jī)的應(yīng)用與開展比較成熟了，目前開展方向是逐漸向?qū)I(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的，當(dāng)然還有系列化的開展也必不可少。它形成了多品種、多體系的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品品種的系列化、功能多樣化、機(jī)電液一體化，廣泛應(yīng)用于一般吊裝。尤其在起重行業(yè)和高空作業(yè)，大型設(shè)備的安裝、維修行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。 瑞典是全國生產(chǎn)隨車起重機(jī)在世界之前，和希爾博（Heyabi）公司采用折疊臂產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和小尺寸緊湊。日本起重機(jī)的大型制造企業(yè)包括古河UNIC公司、多田野和加藤公司，這些公司主要業(yè)務(wù)是生產(chǎn)各種型號(hào)、各功率等級(jí)的直臂和折疊臂產(chǎn)品[5]。 歐洲機(jī)場的規(guī)模很大。歐洲是世界上最發(fā)達(dá)的起重建筑。德國是歐洲起重機(jī)行業(yè)發(fā)展最為領(lǐng)先。 國外的起重機(jī)連干的方向在這幾個(gè)方面會(huì)比較集中： 1）起重機(jī)的各關(guān)鍵功能部件發(fā)展開始模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化； 通過對(duì)起重機(jī)的各個(gè)部件都標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通過調(diào)用成熟的功能模塊，然后進(jìn)行組合，兼容分析，以提升通用性，縮短設(shè)記以及制造的時(shí)間。 2）起重機(jī)控制元件的創(chuàng)新與應(yīng)用 為準(zhǔn)備的將物料吊裝到指定位置，對(duì)起重機(jī)定位精度有非常高要求，因此，定位精度也是評(píng)價(jià)起重機(jī)性能的重要技術(shù)參數(shù)。大多數(shù)起重機(jī)都配有角編碼器、齒輪鏈、激光頭和鋼板孔。定位精度通常為3毫米。 3）新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，可以使用較高的許用應(yīng)力材料設(shè)計(jì)時(shí)，吊車梁的強(qiáng)度；采用少切削加工，精密鑄件，采用高進(jìn)度、高效益的加工中興、數(shù)字控制自動(dòng)生產(chǎn)制造機(jī)床等。 1.2.2 國內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 汽車起重機(jī)的應(yīng)用、研發(fā)、生產(chǎn)制造在我國實(shí)際上起步非常晚的。20世紀(jì)70年代末，我國開始針對(duì)船用起重機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)制造，且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品單一、生產(chǎn)規(guī)模小且分散。到了20世紀(jì)80年代，我國才逐漸開始對(duì)汽車起重機(jī)進(jìn)行研發(fā)與生產(chǎn)，隨著市場需求，起重機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、起重功率等級(jí)和產(chǎn)量逐步增加。 圖1-1為輪胎起重機(jī)。 圖1.2 輪胎起重機(jī) 中聯(lián)重科的設(shè)計(jì)、制造水平在國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)屬于領(lǐng)先水平，其擁有先進(jìn)制造裝備。 圖1.3是QY90V起重機(jī)。 圖1.3 QY90V起重機(jī) 三一集團(tuán)于2003年領(lǐng)頭引進(jìn)、消化吸收國內(nèi)外汽車起重機(jī)先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)出了QY16、QY25、QY50等多個(gè)系列起重機(jī)產(chǎn)品。 1.3液壓傳動(dòng)應(yīng)用于汽車起重機(jī)上的優(yōu)點(diǎn) 1.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的起吊臂、變幅等機(jī)構(gòu)的動(dòng)力均是由油泵轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，其不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且整個(gè)機(jī)器的重量大大降低，例如，動(dòng)力液壓馬達(dá)的重量僅為馬達(dá)的16%左右。整機(jī)提升性能提高[6]。 2.采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，各液壓控制元件、液壓傳動(dòng)部件都可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，且已于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，滿足過載保護(hù)等功能需求。除此以外，采取電液聯(lián)控或者電腦直接控制時(shí)，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷、高精度，長途自動(dòng)空置。 3. 液壓傳動(dòng)技術(shù)在起重機(jī)上應(yīng)用，可電液聯(lián)合控制，控制精度高，方便可靠，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大范圍無級(jí)調(diào)速，保證各機(jī)構(gòu)間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊合理。 液壓起重機(jī)的液壓元件部分能夠以模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，零件可以大批量生產(chǎn)。 1.4本文主要研究內(nèi)容 本文主要內(nèi)容包含如下： 1）收集隨車起重機(jī)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握其液壓系統(tǒng)工作原理，各液壓缸的分布位置及功能。 2）分析汽車起重機(jī)的工作原理，各功能部件的組成布局，液壓系統(tǒng)原理體系，剖析變幅機(jī)構(gòu)的三鉸點(diǎn)方案； 3）完成上述變幅回路液壓缸筒、活塞、活塞桿等部件計(jì)算，材料選擇，導(dǎo)向、密封形式，液壓缸的安裝，各零件的加工工藝，需要解決筒體及桿體原材料問題、密封件選型問題等問題等。 4) 對(duì)變幅機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成關(guān)鍵液壓元件的選用，主要是液壓泵、平衡閥、多路換向閥、先導(dǎo)控制閥及油管等設(shè)計(jì)與選型。 43 2.起重機(jī)液壓系統(tǒng)原理及液壓參數(shù)計(jì)算 2.1 QY100型汽車起重機(jī)主要性能參數(shù) 整機(jī)全長15230mm，寬3000mm，高3860mm，總質(zhì)量65000kg 最高行駛車速75km/h，最低穩(wěn)定行駛車速0.5km/h， 最小轉(zhuǎn)彎半徑12000mm，比功率7.3kW/t，最小離地間隙310mm， 接近角23°，離去角15°，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率324/1800kW/(r/min)， 額定扭矩2100/1200 N·m/(r/min) 2.1.1驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的主要技術(shù)參數(shù)如下 2.1.2 作業(yè)狀態(tài)參數(shù) 最大額定總起重量100t，最小額定工作幅度3m， 最大起重力矩:基本臂3238kN·m，最長主臂1670kN·m，最長主臂+副臂1127kN·m；起重臂變幅時(shí)間為31s，伸縮時(shí)間（全伸/全縮）70s； 最大回轉(zhuǎn)速度2r/min，主起升機(jī)構(gòu)起升速度110m/min，副起升機(jī)構(gòu)起升速度85m/min。 基本臂12.8m，最長主臂48m，最長主臂+副臂48+18.1m；副臂安裝角0/15/30。 2.1.3 起重臂性能參數(shù) 縱向跨距7.56m，橫向跨距7.6m，水平全伸時(shí)間25s,全縮時(shí)間：15s。 垂直全伸時(shí)間：45s，全縮時(shí)間25s。 2.1.4支腿技術(shù)參數(shù) 2.2起重機(jī)液壓系統(tǒng)組成 主要功能組件包含了起升機(jī)構(gòu)、起重臂伸縮缸、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和橫向及縱向支腿，這五大部件共同組成[7]。它們的液壓回路集成控制，且功能相互獨(dú)立，各自具備了不同于其它回路的功能和工作特性。 圖2.1 隨車起重的各結(jié)構(gòu)組成 1）升降機(jī)構(gòu)用于提升和減輕不同物體的重量。起升機(jī)構(gòu)的主要部件包含了液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)卷筒，變速速度裝置，制動(dòng)裝置與離合裝置等。通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，然后再運(yùn)用變速器變速，通過滑輪組及鋼絲繩的配合作用，將起重物體與吊鉤固定后以一定速度將其吊起、升降。 2）伸縮機(jī)構(gòu)通過改變懸臂長度改變提升高度來伸縮多級(jí)懸臂的使用。在液壓控制單向閥打開后，由于自身重量問題和外部負(fù)載，活塞會(huì)減速。 3）通過起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起重臂的回轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)支撐裝置為旋轉(zhuǎn)部件提供了穩(wěn)定且堅(jiān)固的撐持，并將產(chǎn)生的各種負(fù)載傳遞給設(shè)備的基本部件?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)將起重臂繞著起重機(jī)軸線運(yùn)動(dòng)，即可將吊起的物體沿水平面中的圓弧線運(yùn)動(dòng)。 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓泵，液壓馬達(dá)、換向閥，液壓制動(dòng)器等組成。由于系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)頻繁，功率要求不是很大，所以后回路定量泵與雙向定量馬達(dá)組合，不再設(shè)置功率限制裝置。 4）汽車起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)直接通過液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)對(duì)起重臂的俯仰調(diào)節(jié)。由于液壓缸向前移動(dòng)，起重臂動(dòng)作時(shí)間越長，變幅缸的推力可以越小，因而，液壓缸直徑就越小。 1-取力箱 2-液壓泵 3-過濾器 4-溢流閥 5-換向閥 6-平衡閥 7- 液壓缸 8-負(fù)載 圖2.2 汽車變幅液壓系統(tǒng)原理圖 2.3變幅系統(tǒng)方案及變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的確定 2.3.1變幅機(jī)構(gòu)布置形式的確定 液壓起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)一般是通過液壓缸伸縮驅(qū)動(dòng)起重臂的變幅工作。變幅液壓缸的分布有兩種方法。前傾式液壓缸對(duì)起重臂起到支撐作用，要求推力小，可使用小直徑液壓缸，懸臂長度短，起重臂力量狀況得到改善[8]。 后傾式變幅液壓缸的布置與前傾式布置不同，后傾式起重臂變幅干涉范圍小，因此起重臂的有效空間大，整體布局方便，且由于擺臂鉸鏈位置在前方，重心后移，可減輕平衡重。 前傾式變幅機(jī)構(gòu)如圖2.3所示。 圖2.3 前傾式變幅機(jī)構(gòu) 本次YQ-100型汽車起重機(jī)的變幅系統(tǒng)方案確定為前傾式變幅機(jī)構(gòu)。 2.3.2變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的確定 圖2.4所示為汽車起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)示意圖。我們大膽的在平面上建立一個(gè)三角形，而三角形的三個(gè)點(diǎn)則代表了機(jī)構(gòu)的三個(gè)絞點(diǎn)。我們把這個(gè)三角形命名為三角形OAB，而這個(gè)時(shí)候三角形的三邊長度OA，OB，AB會(huì)隨著油缸的縮短或者伸出的長度而隨之改變，以此來簡化計(jì)算實(shí)際絞點(diǎn)之間的距離。 圖2.4 變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn) 圖3.3所示為變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，吊臂水平時(shí)，α=0°，設(shè)置α0為初始角，而這個(gè)初始角就是線段OA和線段OB形成的夾角；隨著吊臂繞鉸點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)一定角度后，吊臂與水平橫線成夾角α。 圖2.5 變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)行軌跡圖 (1)鉸點(diǎn)幾何位置的計(jì)算 首先我們先建立坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)為O點(diǎn)。在三個(gè)鉸接點(diǎn)上，A的坐標(biāo)為 (XA, YA)，它的橫坐標(biāo)即為A點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的直線距離，絕對(duì)值為0.75~1.35m，在這里我們?nèi)≈禐?.2 m。A點(diǎn)距離原點(diǎn)的縱向距離為YA;在這里我們根據(jù)實(shí)際的安裝的樣式，將YA取值為0.5m。B點(diǎn)的坐標(biāo)為 (XB, YB)，是由吊桿的截面特征和荷載決定的，它的長度一般被認(rèn)為是正常吊臂長度1/3到1/2的，在這里我們?nèi)≈礨B= 3.80 m，而當(dāng)而當(dāng)YB的距離為0m時(shí)，則說明吊臂處在了水平位置; 所以根據(jù)公式 (2-1) (2-2) 將數(shù)據(jù)代入公式得OA=1300mm，OB=2800mm 我們需要計(jì)算出油缸的最小安裝長度和最大安裝長度。最小安裝長度即為初試安裝長度，而最大安裝則為極限位置長度。我們要計(jì)算兩個(gè)長度，就必須知道吊臂的仰角范圍。而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)值一般為-2°~80°。所以我們可以把兩個(gè)極限值代入其中得出油缸的兩個(gè)長度。 初始位置安裝長度ABmin；α=αmin=20° (2-3) 將數(shù)據(jù)代入得ABmin=2617mm 極限位置時(shí)變幅油缸長度ABmax；α=αmax=100° 將數(shù)據(jù)代入得ABmax=4225mm 變幅油缸行程H： 3 變幅機(jī)構(gòu)的液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu) 接下來要確認(rèn)選用何種液壓油缸，而根據(jù)液壓缸的工作要求和工作環(huán)境我們決定，最終決定選擇單桿雙作用蝙蝠液壓油缸。為滿足起重機(jī)變幅行程的要求，采用焊接型缸，最高的額定壓力25Mpa，最大的工作行程可達(dá)20米，而氣缸的內(nèi)徑可達(dá)320mm。 如圖3-1所示，為焊接類型的液壓缸的結(jié)構(gòu)： 1缸筒 2/9孔用密封 3活塞 4 /7 O型密封圈 5活塞桿 6導(dǎo)向套 8斯特封 10防塵圈 圖3.1 變幅液壓缸結(jié)構(gòu)圖 3.2 變幅液壓缸基本參數(shù)的確認(rèn) 下列數(shù)據(jù)的選擇以及確定我們可以根據(jù)工作的需求，所選取的液壓缸的類型來確定，具體可以參考QY100起重機(jī)所選擇的數(shù)據(jù) 1） 變幅液壓缸中具有液壓油，而其中的油壓為：液壓缸的壓力20MPa ≤ P ≤ 25MPa ，取P = 25MPa。 表3-1液壓公稱壓力系列[10] 單位：MPa 公稱壓力系列 0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 35.0 2）變幅液壓缸中缸筒內(nèi)徑徑確定：參照缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列，確定為； 3）蝙蝠液壓缸中的活塞必須要確定尺寸，以及液壓缸筒的往返速度比和內(nèi)徑： (3-1) 的取值可參照表3-2選取[13] 表3-2 選取液壓油缸的往返速度比[10] 壓力/MPa 速度比 ≤10 1.33 12.5-20 1.46 ≥20 1.5 參照表3-2，由于壓力P 的取值為 25MPa，所以可以得出 =2。 將 = 1.5，D = 200，代入公式4-1中，可得 (3-2) 對(duì)比了表3-3，并參照標(biāo)準(zhǔn)系列,活塞桿直徑取 d = 120mm。 表3-3 活塞桿的直徑尺寸系列[10] 單位(mm） 直徑尺寸系列 56 63 70 80 90 100 110 120 140 4）確定液壓缸中的活塞桿的行程 給出了振幅變壓器三鉸節(jié)點(diǎn)的初步設(shè)計(jì)計(jì)算： A=3307.8mm；A=6073.3mm 液壓缸的行程： S= A- A=2702.4mm 5）確定液壓系統(tǒng)中的泵的流量。 泵的流量可以用下面這個(gè)公式來得出[11]： (3-3) 在式中：是線速度。 由液壓缸變幅行程和變幅時(shí)間可算出： (3-4) 由設(shè)計(jì)參數(shù)我們可以知道變幅時(shí)間 =87mm/s (3-5) 3.3 液壓缸缸筒的設(shè)計(jì) 3.3.1對(duì)于缸筒材料的選擇 材料需要強(qiáng)度達(dá)到一定要求，能承受最高工作壓力時(shí)出現(xiàn)彎曲與變形，另外，需要滿足耐磨性與密封性要求。需要良好的焊接性能,來以此確保加工過程。 綜合各項(xiàng)要求初步確定缸筒材料選擇為35GrMo無縫鋼管，其材料參數(shù)為： 1000MPa，==500MPa。 3.3.2 液壓缸筒與端蓋的連接 前端蓋是活塞桿腔構(gòu)成密封體，后端蓋是將缸筒的另一端進(jìn)行密封，這樣缸筒為活塞桿導(dǎo)向、防塵和密封；前后端蓋也是整個(gè)液壓缸的連接安裝提供空間。 后端蓋如圖3.1（A）所示，采用焊接；前端蓋采用如圖3.1（B）的內(nèi)螺紋連接形式。 A B 3.3.3缸筒壁厚計(jì)算 缸筒壁厚的計(jì)算可以按照下面這種樣子來計(jì)算： 如果時(shí)，缸筒的采用下式計(jì)算： （mm） (3-6) 如果時(shí)，則缸筒的采用下式計(jì)算： （mm） (3-7) 如果時(shí)，缸筒的采用下式計(jì)算[11]： （mm） (3-8) 式中：D—缸筒內(nèi)徑200(mm)； —允許壓力25(MPa)； —材料許用應(yīng)力（MPa）； (3-9) —缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MPa)； n—安全系數(shù)，這里取2； 公式中：D是缸筒直徑，這里取200mm； Pmax是許用壓力，Pmax=1.5P=25X1.5=37.5MPa； ——缸筒材料許用應(yīng)力。 (3-10) 公式中：n-安全系數(shù)，取n=2； -缸筒材料屈服強(qiáng)度，MPa; 查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊，取=20mm，得： (3-11) 所以，由公式可知： （MPa） (3-12) 那么，缸筒的材料應(yīng)該需要達(dá)成的最低的屈服強(qiáng)度由公式可以計(jì)算得出： （MPa） 在確定壁厚值后，為保證變幅液壓缸的強(qiáng)度滿足要求，需要保證液壓缸安全條件下工作，額定壓力必須低于系統(tǒng)可承受最大值[11]： (3-13) 液壓缸缸徑取值為=200mm，，活塞桿的直徑取值為D=120mm，液壓缸的額定壓力取值為= 25MPa將上面的這些數(shù)值代入公式3-8計(jì)算得出 (3-14) 符合校核要求； 3.3.4缸筒加工所需要達(dá)到的要求 （1）在前面我們已經(jīng)確定了一點(diǎn)，缸筒和前端蓋的連接是螺紋連接，按照要求我們參考GB/T197~2003。所以選取了液壓缸的缸筒內(nèi)螺紋的代號(hào):，6級(jí)細(xì)牙螺紋。 （2）缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取，采用研磨工藝，活塞與缸筒為H8配合，活塞環(huán)密封； （3) 缸筒端面的公差選擇7級(jí)。 （4）缸筒內(nèi)徑的公差選取8級(jí)精度。 3.4對(duì)于活塞的計(jì)算和設(shè)計(jì) 3.4.1計(jì)算活塞的尺寸結(jié)構(gòu) 活塞的結(jié)構(gòu)以及它的密封，一定要認(rèn)真仔細(xì)的考慮到系統(tǒng)的工作壓力、確保運(yùn)行速度和合適的溫度等。 1—擋圈；2—密封件；3—導(dǎo)向環(huán) 圖3.2 活塞結(jié)構(gòu) 如圖3.2所示，這里選擇整體式活塞結(jié)構(gòu)式，密封件導(dǎo)向環(huán)分別安裝在各個(gè)槽內(nèi)。 一般由下面這個(gè)公式來確認(rèn)活塞的寬度數(shù)值 (3-15) 在上述公式中D是活塞的內(nèi)徑，D的取值為200mm，代到公式內(nèi)部得：mm 在這里我們的取值選擇取整數(shù)，所以寬度B的取值為100mm； 3.4.2活塞的密封 如圖3.3所示，選擇O形密封環(huán)和ptfe密封組合。 3.4.3活塞的材料 活塞采用整體式，帶有導(dǎo)向環(huán)，材料45號(hào)鋼。 (1)活塞內(nèi)徑和外徑之間的徑向跳動(dòng)公差的值為7級(jí)。 (2)而端面對(duì)內(nèi)孔的軸線的公差為7。 (3)活塞圓柱度的公差則選擇為9； (4) 由于支承環(huán)的存在，可以減小外徑D的表面粗糙度和公差。 3.5活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.5.1活塞桿的結(jié)構(gòu) 在起重機(jī)變型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算中，我們最終選擇了桿件為空心桿，因由于變型機(jī)構(gòu)的行程較長?？招臈U的厚度為15mm?；钊麠U由45鋼制成。 3.5.2活塞桿的強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算 對(duì)于活塞桿的拉伸壓縮強(qiáng)度的校核[11]： (3-16) n是安全系數(shù)；取n=2; ，45鋼355MPa。 將以上數(shù)據(jù)代入公式可以得出：d≥85mm； 對(duì)于活塞桿件的彎曲穩(wěn)定性的校核，我們可以使用“歐拉公式”進(jìn)行計(jì)算得出 (3-17) E= 206GPa； J是環(huán)形截面[12]： ； (3-18) K = 1; =40mm。 將以上數(shù)據(jù)代入公式4-13得 = 當(dāng)臨界負(fù)荷失控時(shí)，活塞桿將縱向彎曲，所以： (3-19) 液壓缸初始撓度值的計(jì)算 式中：——活塞桿與導(dǎo)向套的配合間隙； ——活塞與缸筒的配合間隙； ——活塞桿頭部銷孔至導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離:=373.5cm ——缸底尾部銷軸孔至導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離: =377cm ——活塞桿全伸時(shí)，液壓缸兩端銷孔間的距離:l=750.5cm ——活塞桿全伸時(shí)，導(dǎo)抽套滑動(dòng)面前端到活塞滑動(dòng)面末端的距離:a=47cm ——油缸自重:G=1250kg ——液壓缸與水平面的交角: ——油缸最大推力:P=160000kg 液壓缸最大撓度的計(jì)算 根據(jù)，時(shí)的最大撓度值計(jì)算公式可得： 式中： 3.5.3加工活塞桿件時(shí)應(yīng)遵循的要求 1）材料45鋼，淬火并高溫回火處理，厚度應(yīng)為。 2）對(duì)于活塞桿，它的外徑的公差我們選；而直線度應(yīng)該，還有表面的粗糙度則是； 3）對(duì)于活塞桿的圓柱度公差我們按照慣例選擇了8級(jí)進(jìn)度。 3.6活塞的導(dǎo)向環(huán) 活塞采用導(dǎo)環(huán)為非金屬接觸摩擦，起動(dòng)時(shí)無形變。 圖3.4 浮動(dòng)導(dǎo)向套 本設(shè)計(jì)中采用浮動(dòng)型導(dǎo)向環(huán)如圖3.4所示。 活塞用導(dǎo)向環(huán)的寬度b可以按照下面這個(gè)式子來計(jì)算得出： (3-20) 圖3.4 導(dǎo)向環(huán)的長度 活塞用導(dǎo)向環(huán)下料長度L如圖3.4所示，按下式計(jì)算： (3-21) 3.7活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 表 3-4 活塞密封形式及其特點(diǎn) 活塞密封形式 結(jié)構(gòu)簡圖 組成名稱 特點(diǎn) 組合密封法 1- 支撐環(huán) 2- 彈性體1 3- 彈性體2 雙向密封，性價(jià)比較好，密封件保壓效果好；壓力越高，密封越可靠； 復(fù)合唇形密封法 1- 導(dǎo)向環(huán) 2- 支撐環(huán) 3- 彈性體 雙向密封，性價(jià)比較好，密封件保壓效果好；壓力一般不超過30MPa，潤滑效果好； 復(fù)合導(dǎo)向法 1- U型圈 2- 擋圈 單向密封。價(jià)格便宜，容易產(chǎn)生困壓，擋圈防止密封圈槽被擠入間隙； 前端蓋采用QT700-2材料制成，其內(nèi)孔用于導(dǎo)向活塞桿，向如圖3.5所示。 圖3.5 前端蓋內(nèi)孔導(dǎo)向 1）活塞桿的防塵，目前采用最多的是雙唇環(huán)密封環(huán)如圖3.6所示。 圖3.6 雙唇形密封 如圖3.6,外唇型盾與活塞桿表面形成直接接觸,而唇屬于密封唇口,所以當(dāng)活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng),主密封圈和防塵密封形成一層油膜,活塞潤滑,減少活塞桿磨損的使用,增加密封環(huán)的使用的時(shí)長。 3.8 確定安裝和連接的元件 活塞桿的暗裝耳環(huán)在活塞桿的外端，單耳型與軸套，套筒材料為青銅。耳環(huán)的銷孔常用。圓筒耳環(huán)是用后端蓋制成的，耳環(huán)與球鉸一起使用。 4 變幅液壓系統(tǒng)及關(guān)鍵控制部件選型 4.1變幅系統(tǒng)液壓原理的設(shè)計(jì) 4.1.1變幅液壓回路分析 變幅系統(tǒng)的液壓回路如圖4.1所示。主要液壓元件有液壓油缸、液壓油泵、先導(dǎo)控制閥、多通道可變換向閥、液壓油缸等組成。 在整個(gè)回路中，是在活塞筒底下安上平衡閥的。其作用是確保吊桿向下調(diào)整過程，順利進(jìn)行俯仰過程，以避免液壓缸明顯的卸載或下沉問題。 1-取力箱 2-液壓泵 3-過濾器 4-溢流閥 5-換向閥 6-平衡閥 7- 液壓缸 8-負(fù)載 圖4.1 變幅液壓系統(tǒng)原理控制圖 4.1.2 各閥芯在中位時(shí) 多路變相閥中控制變幅油缸的電磁閥中位阻斷，液壓油不通過多路換向閥，經(jīng)溢流閥流回油箱，此外，溢流閥可以起到保壓的作用，當(dāng)多路閥切換到伸出位置，或縮回位置時(shí)，保證了回路的安全穩(wěn)定。 4.1.3 液壓缸在伸出時(shí) 下面分析變幅液壓缸伸出時(shí)的工作狀態(tài)：在液壓缸內(nèi)，是由液壓泵來提供推動(dòng)由的動(dòng)力即油壓。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的壓力往上升時(shí)，芳香閥就會(huì)隨之向下緩緩地推動(dòng)，油會(huì)流經(jīng)芳香閥而最終進(jìn)入有桿腔。 4.1.4 液壓缸在縮回時(shí) 下面分析變幅液壓缸縮回時(shí)的工作狀態(tài)：泵給液壓缸提供油壓，使得液壓系統(tǒng)的壓力提高，這時(shí)候的方向閥會(huì)向下推，液壓油被壓力壓向方向閥并流到有桿腔。 4.2對(duì)于液壓泵的選取 關(guān)于蝙蝠液壓缸的一些參數(shù)：壓力（）、流量（）、轉(zhuǎn)速（n）等。在起重機(jī)液壓系統(tǒng)中，由4個(gè)齒輪泵連接而成液壓泵，在液壓回路的中，這體現(xiàn)雙泵合流的原理。 在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，變幅液壓P=25MPa，Q=70L/min，n=2000r/min，齒輪泵排量L=55ml/r.； 在上文中提到的雙泵合流原理，所以液壓油泵和液壓油泵之間只能選擇是串聯(lián)在一起。而為了串聯(lián)這兩個(gè)液壓泵，必須要求這兩個(gè)之間的排量盡量要在同一水平即保持幾乎一致。所以我們最終選擇的液壓泵的型號(hào)為CBZ 2080，排量數(shù)據(jù)為80ml/r，轉(zhuǎn)速為2000r/min。 4.3平衡閥 變幅液壓系統(tǒng)中平衡閥安裝在液壓缸無桿腔一端，在變幅油缸收縮時(shí)，由于起重機(jī)吊臂的重力作用，使得變幅油缸的收縮過快。彈簧彈力的大小和供油壓力共同作用于平衡閥的閥芯，控制閥芯移動(dòng)位置的大小，決定平衡閥的開口程度。 當(dāng)懸臂著陸速度過大時(shí)，流速較小，供油壓力小，平衡閥的開啟度降低，吊桿的著陸速度降低。當(dāng)起重機(jī)臂在數(shù)小時(shí)內(nèi)下降時(shí)，供油壓力增大，平衡閥芯在運(yùn)動(dòng)，平衡閥打開，吊桿提升速度增加，使左臂的速度相對(duì)穩(wěn)定。 平衡閥型Cindy12-B-S調(diào)速閥結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定。 圖4.2平衡閥外形圖 圖4.3平衡閥液壓元件符號(hào)圖 4.4多路換向閥 我們需要多路閥來控制整個(gè)起重機(jī)的液壓回路。在液壓系統(tǒng)中通過多通道閥實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)開關(guān)電路，達(dá)到液壓油的方向、壓力、復(fù)合控制比例的流量率，實(shí)現(xiàn)油路的無限調(diào)速控制。整個(gè)液壓回路包括伸縮系統(tǒng)、繞組系統(tǒng)、可變幅度系統(tǒng)、和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。 圖4.4 多路換向閥實(shí)物 4.5 先導(dǎo)控制閥 它的功能是對(duì)多路換向控制閥的先導(dǎo)油液的控制，完成對(duì)與液壓系統(tǒng)右路的安全卸荷及保護(hù)，如圖4.5所示。 圖4.5 先導(dǎo)控制閥 4.6油管 一般橡膠軟管的承壓能力可達(dá)到。高壓橡膠軟管一般有一層鋼絲編織層，使得工作油壓得到提高。橡膠有關(guān)的管徑設(shè)計(jì)參考一下公式 (4-1) 式中：管路流量（L/min），由計(jì)量得知，= 70L/min；是液壓油在油管中的流速，橡膠管在通常情況下3-6m/s。在這里我們?nèi)〉?4m/s。 mm (4-2) 隨即，在這里我們選確定膠管內(nèi)徑20mm； 4.7濾油器. 濾油器的作用是過濾掉回油中混入的雜質(zhì)，保證了流回油箱的油液中沒有雜質(zhì)。本文中濾油器使用了，總管道流量Q=2000L/min，因此我們選擇了型號(hào),其技術(shù)規(guī)范不可破壞。 表4-2 RLF回油濾油器技術(shù)規(guī)格 技術(shù)規(guī)格 回油濾油器 型號(hào) 通徑/mm 40 公稱流量L/min 240 功率精度/m 3 公稱壓力/MPa 1.6 壓力損失/MPa 0.2 壓力損失MPa 0.35 發(fā)訊裝置電壓/V 24 發(fā)訊裝置功率/W 48 5.液壓缸關(guān)鍵零部件的制造工藝設(shè)計(jì) 5.1 主要技術(shù)參數(shù) 由于所用的加工設(shè)備都有所不同，對(duì)于起重機(jī)的液壓缸來說，每種活塞和也陽剛的加工工藝流程都會(huì)有所不同。 這里開始仔細(xì)敘述變幅液壓油缸的技藝要求與工程流程。 表5.1 液壓缸內(nèi)控各參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 直線度 內(nèi)孔表面粗糙度 圓度 內(nèi)孔尺寸公差 參數(shù)值 500/0.03 Ra 內(nèi)徑公差1/3-1/2 H8-F8 表5.2活塞桿外圓技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 外圓尺寸公差 外圓表面粗糙度 圓度 直線度 鍍層mm 參數(shù)值 H8-F8 Ra 內(nèi)徑公差1/3-1/2 500/0.03 0.03-0.05 5.2缸筒的制造工藝流程 （1）缸筒制造工藝流程： 下料 →熱處理（調(diào)質(zhì)、正火） →粗車 →焊接（法蘭、油口） →拋丸 →刮輥（推鏜、絎磨） →精車（螺紋、焊接坡口） →清洗 →焊接（缸底）； 圖5.1 液壓缸缸筒 缸筒工藝流程如下： a） 下料(筒體)：27Si Mn 熱軋管毛壞尺寸：φ210-3480mm； b） 熱處理（筒體）：調(diào)質(zhì) HB255-285； c） 鏜內(nèi)孔φ158±0.1：粗鏜內(nèi)孔到φ158； d） 定性處理去應(yīng)力； e） 車削：外圓車削到φ200（+0.3，+0.5）； f） 外圓拋丸； g） 焊接，按工藝圖一定位點(diǎn)焊并焊妥件 6 接頭體，焊前預(yù)熱，焊后 保溫去渣及飛濺，焊縫不允許有裂紋、氣孔等缺陷； h） 車：兩端撐內(nèi)孔，按工藝圖一車準(zhǔn)外圓與倒角； i） 刮：按圖刮輥準(zhǔn)φ160H8 內(nèi)孔尺寸符圖； j） 車：兩撐內(nèi)孔，按工藝圖二，車中心架支撐面φ200，表面光潔度達(dá) Ra3.2；平左端面，保證尺寸 3480，按圖車準(zhǔn)左端焊接坡口，倒角倒圓符圖；按圖車準(zhǔn)右端內(nèi)孔各尺寸，倒角倒圓符圖； k） 鉆：按圖劃左端φ20，以接頭體內(nèi)孔導(dǎo)向，鉆通φ20孔，去毛刺，修圓相交孔口； l） 清洗：內(nèi)孔、外圓、焊接坡口等； m） 焊：將缸底裝入筒體，定位點(diǎn)焊，注意方向，焊妥，焊縫不允許有氣孔、夾渣、裂紋等，焊前預(yù)熱，焊后保溫、去渣及飛濺；焊妥缸底總成上的加強(qiáng)筋與缸底相連焊縫、軸套與缸底兩端密封焊縫； n） 焊：定位點(diǎn)焊并焊妥件 2 油口座、管夾、閥座總成、焊接封頭，焊縫不允許有氣孔、夾渣、裂紋等，焊前預(yù)熱，焊后保溫，去渣及飛濺。 5.3活塞桿的制造工藝流程 （2）活塞桿制造工藝流程 下料 →粗車 →熱處理（調(diào)質(zhì)、正火） →焊接 →粗車 →精車（螺紋） →磨外圓 →超精 →鍍硬鉻 →超精 ； 圖5-2 活塞桿 ②活塞桿工藝流程 a）下料(桿體、桿尾、耳環(huán))。 桿體原材料：27Si Mn 熱軋管 ，毛壞尺寸 mm：φ200-3300； b) 熱處理（桿體）：調(diào)質(zhì) HB255～285 c) 車(分別按桿體、桿尾、耳環(huán)工藝圖) d) 焊：將桿尾與耳環(huán)裝入桿體，止口配合，定位點(diǎn)焊并焊妥，焊前預(yù)熱，焊后保溫，去渣及飛濺，焊縫不允許有氣孔夾渣、裂紋等，焊前預(yù)熱，焊后保溫，去渣及飛濺； e)車：按活塞桿車準(zhǔn)各尺寸。 f)磨：按活塞桿磨桿體外圓尺寸、桿頭小外圓、小外圓端面符圖. h)超精：桿體外圓超精按活塞桿。 i)活塞桿桿體鍍硬鉻，鍍厚 0.03～0.05mm； j)超精：桿體粗糙度 Ra0.1； 5.4活塞與導(dǎo)向套的制造工藝流程 （1）活塞和導(dǎo)向套制造工藝流程 ：下料 →粗車→精車； 對(duì)于每一道工序的話，都需要嚴(yán)格按工藝要求控制到位，只要中間有一個(gè)環(huán)節(jié)存在漏洞，就有可能導(dǎo)致批量的故障或失效，影響到液壓缸的可靠性。下面分析缸筒內(nèi)孔及活塞桿外圓的加工方式及過程質(zhì)量控制。 圖5.3 導(dǎo)向套 粗車：將鍛件毛坯按導(dǎo)向套工藝圖加工； 精車： 夾左端，校正，平右端面 1mm，依圖車準(zhǔn)右端內(nèi)孔、外圓、內(nèi)環(huán)槽、倒角倒圓符圖； 調(diào)頭夾，表校已車外圓跳動(dòng)≤φ0.05，平總長，依圖車準(zhǔn)左端內(nèi)孔、外圓、外環(huán)槽、倒角倒圓符圖； ②活塞工藝流程 粗車：將鍛件毛坯按活塞工藝圖加工； 精車：夾左端，校正，平右端面 2mm，通車內(nèi)孔至 φ80H8，車右端外圓、外環(huán)槽、倒角倒圓符圖；調(diào)頭夾，表校內(nèi)孔跳動(dòng)≤φ0.05，平總長，車準(zhǔn)左端外圓外環(huán)槽、內(nèi)孔尺寸倒角倒圓符圖。 圖5.4 活塞 6.結(jié)論 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來說非常重要，讓我很好的了解了汽車起重機(jī)的一些基本參數(shù)和具體的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然了，工作原理也有所涉及。在變幅液壓缸的主要部件設(shè)計(jì)中，參考機(jī)械手冊，設(shè)計(jì)了液壓缸主要零部件。在設(shè)計(jì)中，我參照了YQ-100型汽車起重機(jī)的使用說明書等相關(guān)資料，收集隨車起重機(jī)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握其液壓系統(tǒng)工作原理，各液壓缸的分布位置及功能。對(duì)變幅回路液壓缸筒、活塞、活塞桿等部件計(jì)算，材料選擇，導(dǎo)向、密封形式，液壓缸的安裝，各零件的加工工藝，需要解決筒體及桿體原材料問題、密封件選型問題等問題等，對(duì)變幅機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，關(guān)鍵液壓元件型。 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作與學(xué)習(xí)中我了解了如何進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)參考這些問題。我很好的學(xué)會(huì)了如何在圖書館查閱紙質(zhì)資料和在網(wǎng)上查閱往期期刊和一些電子檔案，一些具體的液壓缸和汽車起重機(jī)的參數(shù)。然后對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)中的計(jì)算有了比較清晰的想法。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的幫助非常之大，當(dāng)然這也離不開李吉老師的幫助和指導(dǎo)。我相信這對(duì)于我以后的工作有著極其重要的指導(dǎo)作用。 參考文獻(xiàn) [1] 王鳳萍,孫穎等.國內(nèi)外隨車起重機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工程機(jī)械,2014.02 [2]劉曉明, 葉瑋.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行特性分析[J].液壓傳動(dòng)與控制，2013.7 [3] 劉觀華. 液壓缸的密封結(jié)構(gòu)[J], 液壓氣動(dòng)與密封, 2014 年第 2 期 [4] 魏效玲,張寧博,景曉桓.隨車起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào),2015,22(4):94-96. 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Jun .2012 [15] Zio E，Marella M，Podofillini L. A Monte Carlo simulation approach to the availability assessment of multi state systems operational dependencies[J]．Reliability Engineering and System Safety．2007:82-92. 致 謝 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)李吉老師對(duì)我的幫助非常之大。在前期對(duì)于我的課題難度進(jìn)行了調(diào)整，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)難度有所下降。不僅如此，還給了我非常多的關(guān)于課題內(nèi)容的資料。 除此之外，李吉老師對(duì)于我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和工作進(jìn)度也非常關(guān)注，時(shí)時(shí)提醒我們要加快進(jìn)度，不能因?yàn)閼猩⒒蛘撐膬?nèi)容難度大而導(dǎo)致論文進(jìn)度落后于要求。 總之，有了老師的幫忙，使得我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)更加輕松，對(duì)于內(nèi)容也有了更深刻的了解。 46