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1、 畢業(yè)設(shè)計論文姓 名： 小五哥 學(xué) 號：01111111111 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 題 目： 工程機械液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 指導(dǎo)教師： 笑蕭香 教授 2011 年 11 月 11 日摘 要隨著國家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代施工項目對汽車起重機的要求也越來越高，液壓技術(shù)在汽車起重機上的應(yīng)用也越來越廣泛。汽車起重機液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、控制五個回路組成。本文主要介紹了12噸汽車起重機：起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)和支腿5大機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的基本方法。起升機構(gòu)由液壓馬達通過減速裝置驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，繼而通過鋼繩、吊鉤起吊重物。變幅機構(gòu)是由液壓缸驅(qū)動工作臂升降

2、，以達到改變幅度的目的。伸縮機構(gòu)由液壓缸或由液壓缸和機械組合使多節(jié)工作臂相對伸縮，以改變工作臂的長度和工作范圍。回轉(zhuǎn)機構(gòu)是由液壓馬達通過減速裝置，使小齒輪和大齒輪圈嚙合傳動，以使上車相對下車回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)機構(gòu)的作用是提高工作效率和整機的機動性。支腿是用液壓缸將起重機頂起，以便使起重機安全、穩(wěn)定工作。在起重機機構(gòu)確定的條件下，才能明確起重機液壓系統(tǒng)方案和總體設(shè)計方案。明確主機對液壓系統(tǒng)的性能要求，確定起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿液壓回路方案，這些基本回路是決定主機動作與性能的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞： 起重機；機構(gòu)設(shè)計；液壓系統(tǒng)Title A Design of Hydraulically Driving Sy

3、stem for 12 Tons Truck Crane AbstractAlong with the rapid development of the countrys modernization construction project, the modern truck crane for higher requirements, hydraulic technology application in truck crane is more and more widely. Truck crane hydraulic system generally includes, the rais

4、e, the amplitude, the expansion and contraction, the rotation and a control this 5 return circuit.This paper mainly introduces the 12 tons cranes, the raise, the amplitude, the expansion and contraction, the rotation and a leg the organization composition this 5 organization structure design and cal

5、culation of the basic methods. Raise the organization revolves by the oil motor through the decelerating device actuation a reel, subsequently through the steel cable, hangs cancels the hoisting up heavy item. The amplitude organization is actuates the work arm by the night of pressure cylinder to r

6、ise and fall, achieves the change scope the goal. The expansion and contraction organization causes the multi-session work arm relative expansion and contraction by the hydraulic cylinder or by the hydraulic cylinder and the machinery combination, changes the work arm the length and the work range.

7、The rotation organization is by the oil motor through the decelerating device, causes pinion and the bull wheel circle meshes the transmission, enable to board relatively alights the rotation. A leg is the hydraulic cylinder jacks the hoist crane, in order to causes the hoist crane to be safe, the s

8、teady work. In under the hoist crane organization determination condition can be clear about the hoist crane hydraulic system plan and the system design plan. Is clear about the main engine to the hydraulic system performance requirement, The determination raise, the amplitude, the expansion and con

9、traction, the rotation, the leg hydraulic pressure return route plan, these basic return routes are decide the main engine movement and the performance foundation. Keywords： Crane ；Design for Construction； Hydraulic System目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論- 1 -1.1 液壓傳動系統(tǒng)的組成- 1 -1.2 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢- 1 -1.3 液壓技術(shù)在工程機械中的

10、應(yīng)用- 2 -1.4 課題的研究方向和意義- 3 -第2章 起升機構(gòu)- 5 -2.1 起升機構(gòu)的組成和形式- 5 -2.1.1起升機構(gòu)在工程機械中的地位和作用- 5 -2.2 載荷的計算及液壓元件的計算與選擇- 6 -2.2.1吊重Q及吊具自重G1- 6 -2.2.2起升馬達的計算和選擇- 8 -2.3 控制油路工作壓力的確定- 9 -2.4 離合器液壓缸的計算- 10 -2.5 制動器液壓缸的設(shè)計- 10 -2.5.1制動器的作用與參數(shù)確定- 10 -2.5.2制動器液壓缸設(shè)計計算- 11 -第3章 回轉(zhuǎn)機構(gòu)- 11 -3.1 概 述- 11 -3.1.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)在工程機械中的應(yīng)用- 11

11、-3.1.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的類型- 11 -3.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓回路設(shè)計計算- 12 -3.2.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)參數(shù)的確定- 12 -3.2.2載荷組合- 14 -3.2.3液壓馬達、液壓缸和液壓泵的主要參數(shù)確定- 15 -第4章 變幅機構(gòu)- 17 -4.1 變幅機構(gòu)的形式- 17 -4.1.1 非工作性變幅機構(gòu)和工作性變幅機構(gòu)- 17 -4.1.2 變幅機構(gòu)的類型- 18 -4.1.3變幅機構(gòu)的參數(shù)確定- 18 -4.2 變幅機構(gòu)液壓回路設(shè)計計算- 18 -4.2.1.載荷計算- 18 -4.3 液壓缸的參數(shù)確定- 22 -4.4 平衡閥的設(shè)計- 22 -4.4.1平衡閥的設(shè)計- 22 -4.4.2

12、 起升機構(gòu)平衡閥設(shè)計- 25 -4.4.3 對平衡閥的要求- 25 -第5章 伸縮機構(gòu)- 27 -5.1 臂架伸縮方式- 27 -5.1.1伸縮方式對起重性能的影響- 28 -5.1.2臂架伸縮機構(gòu)的驅(qū)動- 28 -5.1.3伸縮機構(gòu)液壓回路設(shè)計中幾個共性問題- 29 -5.2 伸縮機構(gòu)的參數(shù)確定- 29 -5.2.1 負載計算- 29 -5.2.2伸縮液壓缸的參數(shù)確定及選取- 32 -5.2.3 液壓缸的流量- 32 -第6章 支腿機構(gòu)- 33 -6.1 支腿的形式- 33 -6.1.1主機對支腿液壓回路的要求- 34 -6.2 支腿液壓回路設(shè)計計算- 34 -6.2.1支腿反力的確定- 3

13、4 -6.2.2 支腿支承點位置的確定- 34 -6.2.3關(guān)于支腿反力的計算- 35 -6.2.4 支腿液壓回路工作壓力的確定- 38 -6.2.5支腿液壓回路流量的確定- 38 -6.2.6支腿液壓缸工作載荷和最大閉鎖力的確定- 38 -6.3 垂直支腿液壓缸基本參數(shù)的計算- 39 -6.3.1垂直支腿液壓缸內(nèi)徑的計算- 39 -6.3.2液壓缸的排量- 39 -6.3.3 驗算支腿收放時間- 40 -6.4 液壓鎖設(shè)計- 41 -第7章 液壓泵- 43 -7.1 液壓泵的選擇- 43 -第8章 擬定液壓系統(tǒng)圖- 44 -8.1 擬定系統(tǒng)原理圖的方法- 44 -8.1.1 選擇系統(tǒng)的類型-

14、 44 -8.1.2 選擇液壓基本回路- 44 -8.1.3 液壓系統(tǒng)的合成- 45 -8.1.4液壓系統(tǒng)的選擇- 45 -8.2 擬定系統(tǒng)圖時,要注意的幾個問題:- 46 -結(jié)論- 48 -致謝- 49 -參考文獻- 50 -附錄- 52 -第1章 緒 論液壓傳動是以有壓液體為能源介質(zhì)實現(xiàn)各種機械的傳動的技術(shù)。液壓傳動是以液壓油或其他合成液體作為工作介質(zhì)，并采用各種元件組成所需要的控制回路，再由若干回路有機組合成能完成各種控制功能的傳動系統(tǒng)進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。相對于機械傳動來說，液壓傳動是一門新興的技術(shù)。由于液壓傳動具有許多突出的優(yōu)點，近些年來被廣泛應(yīng)用在機械制造、電子、工程機械、交通運輸

15、、軍事器械、冶金、石油化工、航空、輕工、農(nóng)機等各個方面，也被應(yīng)用在宇宙航行、海洋開發(fā)、核能建設(shè)等新的技術(shù)領(lǐng)域中。1.1 液壓傳動系統(tǒng)的組成液壓傳動的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，具體的液壓結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。但液壓傳動是以液體的壓力能傳遞動力的。任何液壓傳動系統(tǒng)都是通過處于密閉容積內(nèi)的受壓液體的流動傳遞機械能的。一個液壓傳動系統(tǒng)通常由以下幾個部分組成：1）能源裝置它是把機械能轉(zhuǎn)換成壓力能的裝置，一般最常用的是液壓泵。2）執(zhí)行裝置 它是把油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。如液壓缸和液壓馬達等。3）控制調(diào)節(jié)裝置 它們是控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和油流方向的裝置，如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等液壓元件1。這些元件是保證系

16、統(tǒng)正常工作必不可少的組成部分。4）輔助裝置 它們是除上述三項以外的其他裝置，如油箱、過濾器、油管等。它們對保證液壓系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、持久的工作，有重大作用。5）傳動介質(zhì) 傳動介質(zhì)是指傳遞能量的流體，即液壓油。1.2 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢相對于機械傳動來說，液壓傳動是一門新興技術(shù)。如果從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動已由三百年的歷史。然而，液壓傳動的真正推廣使用卻只是近四五十年的事。19世紀是液壓傳動技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用的世紀。18世紀以前奠定的流體力學(xué)、熱力學(xué)、摩擦學(xué)、機構(gòu)學(xué)及控制理論等科學(xué)基礎(chǔ)及機器制造工藝基礎(chǔ)，為20世紀流體傳動與控制技術(shù)的發(fā)

17、展提供了科學(xué)與技術(shù)條件。由于沒有成熟的液壓元件，一些通用的機床設(shè)備及機械直到20世紀30年代才開始采用液壓傳動技術(shù)，而且很不普遍。第二次世界大戰(zhàn)期間，大規(guī)模的武器生產(chǎn)促進了機械制造工業(yè)標準化、模塊化概念與技術(shù)的形成和發(fā)展，車輛、艦船、航空、兵器等采用了反應(yīng)快、動作準、功率大的液壓傳動裝置，推動了液壓元件功率密度和控制性能的提高，推動了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，在機床、工程機械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。20世紀60年代以后，隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)等的發(fā)展，液壓技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，得到了長足發(fā)展。我國的液壓工業(yè)起步較晚，開始于20世紀50年代，從仿制蘇聯(lián)產(chǎn)品起

18、步，附屬于機床制造業(yè)、農(nóng)機機械制造業(yè)、工程機械制造業(yè)等主機行業(yè)，當(dāng)時沒有專業(yè)生產(chǎn)廠2。自1964年從國外引進液壓元件制造技術(shù)，同時自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓元件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。液壓技術(shù)廣泛采用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、摩擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。液壓傳動技術(shù)是機械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。特別是近年來液壓與微電子、計算機技術(shù)相結(jié)合，使液壓技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段，使未來的液壓技術(shù)變得更為機械電子一體化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化3。

19、隨著材料科學(xué)的的發(fā)展，新材料、新工藝引入液壓技術(shù)，將使液壓傳動與控制元件加工精度及表面質(zhì)量達到新的量級，從而使元器件效率、壽命得以數(shù)量級的提高。1.3 液壓技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用液壓技術(shù)在起重機械中的應(yīng)用越來越廣泛，所謂起重機械就是用來對物料進行運輸裝卸和安裝作業(yè)的機械。起重機械包括各種簡單的起重設(shè)備和各類起重機。它廣泛使用在起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)中，以減輕體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率。液壓元件由于其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、能夠進行無級調(diào)速等優(yōu)勢在起重機械中的各種機構(gòu)中的得到廣泛應(yīng)用。起重機械是一種循環(huán)的間歇動作的短程搬運物料的機械。工作循環(huán)一般包括上料運送卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物

20、地點有起升機構(gòu)把物料提起，有運行回轉(zhuǎn)或變幅機構(gòu)把物料移位，然后物料在指定地點下放，接著進行相反的動作，是取物裝置回到原位，以便進行下一次的工作循環(huán)。它可以完成靠人力無法完成得物料搬運工作，減輕人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，在工廠礦山車站港口及建筑工地倉庫水電站等多個領(lǐng)域和部門中得到了廣泛的應(yīng)用由于液壓與液力傳動體積小重量輕結(jié)構(gòu)緊湊能無級調(diào)速操縱簡便運轉(zhuǎn)平穩(wěn)工作可靠等優(yōu)點。目前國內(nèi)外液壓起重機在品種和產(chǎn)量方面都有較大的發(fā)展，特別是大噸位級液壓起重機發(fā)展非常迅速。我國的主要起重機械廠，近年來的產(chǎn)品多是液壓起重機。100噸以上的大型臂式汽車起重機也開始采用液壓傳動。國外已經(jīng)有400噸級的液壓汽車起

21、重機。中小噸位級的起重機已經(jīng)普遍采用液壓傳動4。隨著液壓技術(shù)和液壓元件的發(fā)展，液壓起重機將會得到進一步的發(fā)展。下圖1-1為汽車起重機結(jié)構(gòu)示意圖：圖1-1汽車起重機結(jié)構(gòu)示意圖1.4 課題的研究方向和意義本次課題所研究的是液壓系統(tǒng)在起重機各個機構(gòu)中的應(yīng)用。包括在起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、伸縮機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、支腿機構(gòu)等方面的應(yīng)用。重點在于載荷的計算、液壓元件的選擇、液壓回路的設(shè)計、校核計算、系統(tǒng)原理圖的繪制等。通過本次起重機液壓系統(tǒng)的設(shè)計，了解液壓技術(shù)的基本情況，掌握液壓傳動技術(shù)的基本知識，了解液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程，能夠讀懂并繪制液壓系統(tǒng)原理圖，為今后工作打下了良好的基礎(chǔ)，同時也對大學(xué)所學(xué)課程有了系統(tǒng)的認識

22、，綜合運用所學(xué)過的知識解決問題，鞏固了所學(xué)的知識，也鍛煉了動手操作設(shè)計的能力，對我們以后的學(xué)習(xí)和發(fā)展都起到了很大的作用。第2章 起升機構(gòu)2.1 起升機構(gòu)的組成和形式 任何起重機械都必須有使物品獲得升降運動的起升機構(gòu)。因此起升機構(gòu)是起重機械中最主要和最基本的機構(gòu)，是起重機不可缺少的組成部分。它的工作好壞對整臺起重機的性能有著最直接的影響。起升機構(gòu)主要由以下部分組成：驅(qū)動裝置、傳動裝置、卷筒、滑輪組、取物裝置和制動裝置。此外，根據(jù)需要還裝設(shè)各種輔助裝置，如：終點開關(guān)（大多用于限制起升高度，也有用于限制下放行程的開關(guān)）、載重量限制器和稱量裝置等。液壓傳動的起升機構(gòu)，有高速液壓馬達傳動和低速大扭矩液壓

23、馬達傳動和液壓缸驅(qū)動三種形式。高速液壓馬達傳動需通過減速器帶動起升卷筒，具有重量輕、體積小、容積效率高、可與驅(qū)動油泵互換以及可采用批量生產(chǎn)的標準減速器等特點，故廣泛用于中、小型起重機的起升機構(gòu)中。低速大扭矩液壓馬達傳動可直接帶動起升卷筒，傳動簡單，零件少，起、制動性能好，對油的失純敏感性小。但容積效率低，易影響機構(gòu)轉(zhuǎn)速，體積與重量較大。高速液壓馬達驅(qū)動的方式由于其工作可靠，成本低，壽命長，效率高的優(yōu)點在液壓起重機中應(yīng)用最廣。而低速大扭矩液壓馬達驅(qū)動轉(zhuǎn)速低，輸出扭矩大，適用于大起重量的起升機構(gòu)。2.1.1起升機構(gòu)在工程機械中的地位和作用工程起重機械，為了完成垂直運輸任務(wù)，必須設(shè)置起升機構(gòu)。它是工

24、程起重機械的主要機構(gòu)，在工程起重機械中具有重要的地位。起升機構(gòu)性能的優(yōu)劣，直接影響工程起重機械的工作性能。起升機構(gòu)的作用是實現(xiàn)重物的升降運動，控制重物的升降速度，并可使重物停止在空中某一位置，以便進行裝卸和安裝作業(yè)。對于中小型起重機，只設(shè)置主起升機構(gòu)，不需要設(shè)置副起升機構(gòu)，一般都采用單卷筒起升機構(gòu)。這是最基本的型式，結(jié)構(gòu)簡單，其液壓回路也比較簡單，液壓馬達與制動器協(xié)同工作由液壓系統(tǒng)本身保證，不需要控制油路。2.2 載荷的計算及液壓元件的計算與選擇2.2.1吊重Q及吊具自重G1 （2-1）Q最大額定起重量; Q=12t G1吊具自重.查起重機設(shè)計手冊表8-5, G1=2.5%Q. 5Q起 =12

25、（12.5%)1039.8=120540N吊重及吊具作直線運動,其慣性力為 （2-2）V起升速度. V=13.4 mmint 起動時間. t=V/a 根據(jù)表6-9選取a=0.2 m/s2 t=1s根據(jù)起重機設(shè)計手冊選用鋼絲繩,作用于鋼絲繩上最大靜壓力 （2-3）滑輪組倍率；根據(jù)工程起重機6表7-2選=6； Q起最大額定起重量與吊具自重之和； 滑輪組總效率由工程起重機表5-4選=0.95；Q起 =12（1+2.5%）103=12300kg 根據(jù)起重機設(shè)計手冊表12-2,n繩選5.5, S繩 21585.5=11869kg所以，鋼絲繩選用繩芯，直徑為24.5mm.卷筒直徑選用350mm.起升機構(gòu)：

26、 M = M靜+M慣 （2-4）由鋼繩中心至卷筒軸心的距離，即卷筒的計算半徑。 =12.25+175=0.187m起重機滑輪組倍率。 = 6滑滑輪組系統(tǒng)傳動效率。滑 = 0.98將換算到油馬達軸上，可以得到： (2-5）直線慣性力在卷筒軸上引起的力矩 (2-6)將轉(zhuǎn)化到油馬達軸上，得到： (2-7) 各部旋轉(zhuǎn)質(zhì)量在油馬達軸上產(chǎn)生的慣性力矩： (2-8)轉(zhuǎn)動件與油馬達軸之間的傳動比；轉(zhuǎn)動件與油馬達之間的傳動效率；油馬達軸上的總阻力矩：如果僅以動力系數(shù)計入全部慣性力的作用，則油馬達啟動時的總負載力矩計算公式就變成下列簡單形式： (2-9)在起重機各機構(gòu)中，起升功率最大。起升時液壓馬達輸出功率應(yīng)該滿

27、足起升功率。 (2-10)式中 2 起升載荷動載系數(shù) 2 = 1.2 機械總效率 取 = 0.8 根據(jù)液壓馬達輸出功率和卷筒轉(zhuǎn)速從減速器承載能力6表中查找合適的傳動比,取,效率。2.2.2起升馬達的計算和選擇1起升馬達的排量 (2-11) 式中 Mmax 起升馬達所受的最大扭矩，Mmax = 338N.m； P 馬達進出口壓力差；P= P1 - P2, P1為馬達進口壓力，即液壓系統(tǒng)工作壓力，P1=25MPa；P2液壓馬達的背壓， P2=1MPa，則P=25-1=24MPa；m 馬達的機械效率，m = 0.922起升馬達的轉(zhuǎn)速 (2-12) 式中 i 起升機構(gòu)的總傳動比，i = 20； 其余符

28、號的意義同前。3.液壓馬達的流量 (2-13)式中 起升馬達最高轉(zhuǎn)速，； 起升馬達的排量，；則 4.起升液壓馬達的選擇輪式和葉片式輸出扭矩較小，且不適宜低速傳動，因此，一般情況下均采用柱塞式液壓馬達。柱塞式液壓馬達可分為徑向柱塞式和軸向柱塞式兩種。軸向柱塞式液壓馬達除具有轉(zhuǎn)速范圍寬、扭矩打的優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小、轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，故選之7。根據(jù)對國產(chǎn)軸向柱塞式液壓馬達產(chǎn)品的性能比較，起升馬達應(yīng)選用上海液壓泵廠引進西德海卓瑪?shù)俟炯夹g(shù)生產(chǎn)的A2F6.1系列斜軸式定量馬達，型號為A2F56W6.1，輸入排量為56.1cm3/r，最高轉(zhuǎn)速為2390r/min，最大輸入流量131L/mi

29、n，最大功率78KW，最大輸出扭矩312N.m。2.3控制油路工作壓力的確定 控制油路一般設(shè)置蓄能器，起貯存液壓能作用，并作為控制油路的壓力源，控制離合器液壓缸，以及在重力下降時控制制動器液壓缸，并起保護作用。因此，控制油路的工作壓力不能大于蓄能器的最低工作壓力。并根據(jù)制動器液壓缸的載荷情況考慮。 如果液壓缸的工作載荷較大，工作壓力較高時，則制動器的液壓缸和離合器的液壓缸機構(gòu)尺寸可以小些。如果液壓缸工作載荷較小，工作壓力可以取低些。但為了安全可靠，控制壓力不能取得太低，避免回油背時將制動器打開的危險。一般控制路的工作壓力取35MPa。因此可取PK=5MPa。2.4離合器液壓缸的計算控制油路工作

30、壓力確定后，根據(jù)離合器傳遞扭矩的要求，由離合器設(shè)計給出離合器液壓缸活塞桿的推力。1. 離合器液壓缸內(nèi)徑 （2-14）式中 F液壓缸活塞桿的推力Pk控制油路工作壓力 2. 離合器液壓缸活塞工作行程由離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計確定0.20m.3. 離合器液壓缸的工作容積 （2-15）式中 D 離合器液壓缸內(nèi)徑；S 離合器液壓缸行程活塞行程； 2.5制動器液壓缸的設(shè)計2.5.1制動器的作用與參數(shù)確定為保證起重機工作的安全和可靠，在起升機構(gòu)中必須裝設(shè)制動器，而在其他機構(gòu)中視工作要求也要裝設(shè)制動器。如起升機構(gòu)中的制動器使重物的升降運動停止并使重物保持在空中，或者用制動器來調(diào)節(jié)重物的下降速度。而在回路和行走機構(gòu)中則可

31、用制動器以保證在一定行程內(nèi)停住機構(gòu)8。歸納起來，制動器的主要作用有：（1）支持制動，當(dāng)重物的起升和下降動作完畢后，使重物保持不動；（2）停止制動，消耗運動部分的動能，使其減速直至停止；（3）下降制動，消耗下降重物的位能以調(diào)節(jié)重物下降速度。1.工作壓力的確定 起重機進行動力升降，制動器松閘時，制動器液壓缸由起升馬達主油路控制。當(dāng)重力下降時，由控制油路控制。因為主油路壓力較高，控制油路壓力較低。所以，應(yīng)按控制油路工作壓力設(shè)計制動器液壓缸。 當(dāng)?shù)踔剡M行動力下降時，起升馬達進油路的壓力油使平衡閥開鎖和制動器。因此確定設(shè)計制動器油缸的工作壓力應(yīng)和平衡閥的開鎖壓力一致。確定制動器液壓缸工作壓力的原則：（1

32、） 當(dāng)制動器液壓缸完全由起升馬達主油路控制時，應(yīng)根據(jù)起升油路平衡閥的開鎖壓力確定。（2） 當(dāng)制動器液壓缸在吊重動力升降時，由起升馬達主油路控制，重力下降時，由控制油路控制。按下列兩種方法確定：（a） 如控制油路工作壓力低于平衡閥，則按控制油路工作壓力確定。（b） 如果控制油路工作壓力高于平衡閥，則按平衡閥開鎖壓力確定。2. 松閘力Fk由制動器設(shè)計給出。3. 制動器液壓缸活塞行程S，由制動器設(shè)計給出。2.5.2制動器液壓缸設(shè)計計算1.制動器液壓缸的內(nèi)徑 （2-16）式中 Fk 最大松閘力，由制動器設(shè)計給出300KN；P 制動器液壓缸工作壓力初步定為15MPa；2.制動器液壓缸推桿直徑 （2-17

33、）式中 Fk 最大松閘力 Fk = 300 KN； 材料的許用應(yīng)力 = 50000 KN;3.制動器液壓缸壁厚 （2-18）式中 p 制動器液壓缸工作壓力25 MPa;D1 制動器液壓缸內(nèi)徑0.160 m第3章 回轉(zhuǎn)機構(gòu)3.1概 述3.1.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)在工程機械中的應(yīng)用工程機械中為了提高工作效率和整機的機動性，一般都有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，例如起重機，回轉(zhuǎn)機構(gòu)更是不可缺少，而且要求可逆回轉(zhuǎn)。在工程機械中很多回轉(zhuǎn)機構(gòu)是用液壓驅(qū)動的，還有的是液壓和機械組合來完成。工程機械回轉(zhuǎn)機構(gòu)，不僅慣性負載大，而且回轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動占整機循環(huán)時間的比重也很大。在液壓系統(tǒng)中，由于回轉(zhuǎn)機構(gòu)頻繁起動和制動，引起的發(fā)熱量更是不能低估，有

34、的甚至可達整機發(fā)熱量的40%。所以，合理設(shè)計回轉(zhuǎn)機構(gòu)的液壓回路，對提高機械的生產(chǎn)率，改善整機性能，減少發(fā)熱具有十分重要的意義。3.1.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的類型液壓驅(qū)動的回轉(zhuǎn)機構(gòu)可分為全回轉(zhuǎn)和半回轉(zhuǎn)倆大類。其中，全回轉(zhuǎn)式的回轉(zhuǎn)機構(gòu)可進行多圈回轉(zhuǎn)運動，絕大多數(shù)采用液壓馬達驅(qū)動，可使用高速液壓馬達。由于其轉(zhuǎn)速高，輸出扭矩較小，要配以減速裝置降低轉(zhuǎn)速，提高扭矩才能應(yīng)用。而半回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)機構(gòu)可進行少于360的兩個方向回轉(zhuǎn)運動9。這種回轉(zhuǎn)機構(gòu)多用于中小型工程機械上，它簡單又可靠，但缺點是不能進行全周回轉(zhuǎn)。全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)由三部分組成：（1）回轉(zhuǎn)機構(gòu)的原動機，它是整機的傳動分流裝置中的一個傳動元件，在機械傳動中是某

35、根軸，在電力傳動中是電動機，在液壓傳動中是液壓馬達。它的動力是由起重機的總動力源內(nèi)燃機供給，并經(jīng)機械傳動、或電能、或液壓能變換而來的。（2）回轉(zhuǎn)機構(gòu)的機械傳動裝置，一半是起減速作用。（3）回轉(zhuǎn)小齒輪，回轉(zhuǎn)機構(gòu)通過它和回轉(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。 在機械傳動的回轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動裝置中需要有正、反回轉(zhuǎn)的換向裝置，傳動方式比較復(fù)雜。在液壓傳動中，馬達本身可以正、反轉(zhuǎn)動，故不需要機械的換向裝置，同時可以根據(jù)液壓元件進行調(diào)速。3.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓回路設(shè)計計算3.2.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)參數(shù)的確定1.載荷（1）支承裝置的旋轉(zhuǎn)靜摩擦阻力矩，對于滾動軸承式支承旋轉(zhuǎn)裝置： (3-1)式中 滾動摩擦系

36、數(shù)，可取=0.01；D 滾道中心直徑，根據(jù)液壓工程手冊10選取1220mm；所有滾珠上的總壓力；當(dāng)eD/4時， (3-3)轉(zhuǎn)盤上的垂直載荷之總和；作用線與旋轉(zhuǎn)軸線的水平距離，據(jù)起重機設(shè)計手冊選 =1.4m；滾珠與滾道的接觸角45；因為e D/4， （2）起動時，由于吊重、上車各部自重的水平慣性力及傳動裝置質(zhì)量引起的慣性力矩。為了計算方便，吊重及上車各部分自重均粗略地認為是作用在各自重心上的集中荷重，為提高精確度，盡量把上車各部分得細一些，吊臂按各段分別計算，而不要用一個臂架總重來計算。這樣，吊重及上車各部分且相關(guān)性力對旋轉(zhuǎn)中心形成的起動慣性力矩為： (3-4) 式中 Gi 吊重及上車各部自重；

37、包括：q 吊具重2940N；Gb 吊臂自重25000N；Gk 部分自重，取67650N；Ri 吊重及上車各部自重離旋轉(zhuǎn)中心的水平距離1.0m； 轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)數(shù)3.0； 起動時間，無風(fēng)時可以取35 s；此處取5 s；傳動裝置的慣性力矩：（3）風(fēng)阻力對旋轉(zhuǎn)中心形成的最大阻力矩M風(fēng)： (3-5)式中 q 計算風(fēng)壓；F轉(zhuǎn)、F物 轉(zhuǎn)動部分與物品的迎風(fēng)面積；轉(zhuǎn)、物 轉(zhuǎn)動部分與物品上的風(fēng)力合力作用點離轉(zhuǎn)盤中心軸的距離。（4）偏斜阻力矩最大值Ms (3-6)式中 Q，q 吊重和吊具重； R 工作幅度3.0m； W 轉(zhuǎn)動部分總重； a 轉(zhuǎn)動部分重心到旋轉(zhuǎn)中心的距離0.165m； 偏斜角；現(xiàn)代起重機能夠做到偏斜角極小

38、，故Ms 可以不予考慮。風(fēng)阻力矩Mw一般略取。所以總力矩 當(dāng)最小幅度吊重最大時，總力矩最大。則 則 3.2.2載荷組合（1）按滿負載時起動狀態(tài)的最大阻力矩計算油馬達和液壓系統(tǒng)。一般情況下由于現(xiàn)代起重機能夠做到偏斜極小，所以M斜可以不予考慮，某些起重機，例安裝用的汽車起重機，一般是在無風(fēng)或風(fēng)很小的情況下工作，也可不考慮風(fēng)的作用。（2）油馬達負載計算在一般情況下，油馬達的計算負載由滿負荷時的旋轉(zhuǎn)摩擦阻力矩、起動時的最大慣性阻力矩和風(fēng)阻力矩組成，如果傾斜力矩不可忽略，也要計算在內(nèi)。折算到油馬達軸上的計算負載力矩為： (3-7) 式中 Mmax回轉(zhuǎn)機構(gòu)受到的最大力矩； i 回轉(zhuǎn)機構(gòu)總傳動比； 回轉(zhuǎn)機構(gòu)

39、總傳動效率，選0.8； 表 3-1最大幅度（米）5.07.510.01520253.0起動時間tmin（秒）1.01.52.546810起動時間tmax（秒）4.06.08.010152530（3）驗算起動時間t選定油馬達之后,要驗算在各種幅度下的起動時間,使其基本上能滿足上表的規(guī)定,即負載最大時,能滿足生產(chǎn)效率的要求,負載最小時不致起動過猛,起動時間: (3-8) 3.2.3液壓馬達、液壓缸和液壓泵的主要參數(shù)確定（1）使用全回轉(zhuǎn)式的回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓馬達排量，由下式可得： (3-9)式中 Mmax回轉(zhuǎn)機構(gòu)受的最大力矩， Mmax =96N.m； m 液壓馬達機械效率，m =0.92；i 傳動效率，

40、i =0.80； P 液壓馬達進出口壓力差；P= P1 - P2, P1為液壓缸進口壓力，近似等于系統(tǒng)工作壓力，P1=25MPa；P2為油缸的回油壓力， 取P2=1MPa，則P=25-1=24MPa；（2）馬達入口所需實際流量Q，由下式可得： (3-10)（3）液壓馬達參數(shù)確定根據(jù)以前求得的液壓馬達排量qm轉(zhuǎn)速n和馬達入口壓力p1，則可選擇相應(yīng)的液壓馬達。但需滿足下列條件： (3-11)式中 所選擇液壓馬達的排量所選擇液壓馬達的額定工作壓力所選擇液壓馬達的額定轉(zhuǎn)速 (3-12)式中 i 回轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動比，i = 200； n0 回轉(zhuǎn)工作速度，n0 = 3.0 r/min；則 根據(jù)對國產(chǎn)軸向柱塞式

41、液壓馬達產(chǎn)品的性能比較，選取四液壓件廠的ZM系列軸向柱塞定量馬達，型號為ZM9.5 。（4）液壓馬達的流量 (3-13) 式中 n 液壓馬達的轉(zhuǎn)速， n = 600r/min； Q液壓馬達的排量，Q = 9.510-6 m3/r；則第4章 變幅機構(gòu)4.1變幅機構(gòu)的形式 從起重機旋轉(zhuǎn)軸線到吊鉤中心的水平距離稱為起重機的幅度。為了擴大起重機的作業(yè)范圍，就要用變幅機構(gòu)來改變起重機的幅度。當(dāng)變幅機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)協(xié)同工作，起重機的作業(yè)范圍是一個環(huán)形空間。絕大部分工作起重機為了滿足重物裝、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度減少能提高起重量），需要經(jīng)常改變幅度11。變幅機構(gòu)則是實現(xiàn)改變幅度的工作機構(gòu)，

42、用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。4.1.1 非工作性變幅機構(gòu)和工作性變幅機構(gòu) 工程起重機變幅機構(gòu)按其工作性質(zhì)可分為非工作性變幅機構(gòu)和工作性變幅機構(gòu)兩種。非工作性變幅機構(gòu)指只是在空載條件下變幅的機構(gòu)。它在空載時改變幅度，以調(diào)整取物裝置的位置，而在重物裝、卸移動過程中，幅度不再改變，因此變幅過程屬于非工作性的。這種變幅機構(gòu)次數(shù)一般較少，而且采用較低的變幅速度，以減少變幅機構(gòu)的驅(qū)動功率。其優(yōu)點是構(gòu)造簡單、自重輕。工作性變幅機構(gòu)是能在帶載的條件下變幅的機構(gòu)。為了提高起重機的生產(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改變起重機的幅度。這種類型的變幅機構(gòu)變幅次數(shù)頻繁，一般采用較高

43、的變幅速度以提高生產(chǎn)率。工作性變幅機構(gòu)驅(qū)動功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置，與非工作性變幅機構(gòu)相比，構(gòu)造較復(fù)雜，自重也較大，但工作機動性卻大為改善。變幅機構(gòu)按照形式可分為運行小車式和臂架式（伸縮臂架式和擺動臂架式）。運動小車式變幅是指小車沿著臂架方向運行以改變起重機幅度，臂架式變幅是指臂架繞支點擺動一定角度或借助臂架伸縮以改變起重機的幅度。伸縮式臂架機構(gòu)的主要目的不是用來變幅，而是用于流動式起重機（如汽車起重機、輪胎起重機等）12。在機械運行（移動）時，收縮臂架以獲得較小的外形尺寸作業(yè)時，伸出臂架取得較大的起升高度。它一般不單獨作為變幅機構(gòu)使用。臂架式變幅的優(yōu)點是起升高度較大，拆

44、卸運輸方便，在建筑群中施工不容易產(chǎn)生死角；其缺點是：幅度的利用率低，變幅速度不均勻；易引起物品擺動，沒有裝設(shè)補償裝置時，重物不能做水平移動，安裝就位不太方便，變幅功率也大。4.1.2 變幅機構(gòu)的類型起重機中，為適應(yīng)工作的需要，要求工作裝置的位置能夠任意改變，所以都設(shè)有變幅機構(gòu)。其主要作用就是大大增大主機的工作范圍和靈活性。變幅機構(gòu)主要可分為機械和液壓兩種形式。其中液壓傳動的變幅機構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，它是使用液壓缸或液壓馬達來驅(qū)動臂的變幅。具有工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)輕便、造型優(yōu)美和易于布置等優(yōu)點。4.1.3變幅機構(gòu)的參數(shù)確定變幅機構(gòu)的主要參數(shù)是變幅速度和變幅力（或力矩）。變幅缸的伸縮速度可用幾何方法，由要求

45、變幅速度求得。變幅缸的推力可用靜力學(xué)方法，由要求的變幅力（或扭矩）求得。確定液壓系統(tǒng)的壓力后，由以上兩參數(shù)則可確定變幅缸的有關(guān)的參數(shù)。進一步則可確定泵的有關(guān)參數(shù)。對起重機型的變幅機構(gòu)，變幅速度一般為0.6 o/s。過快的變幅速度會使臂端速度過大，對工作不利。對生產(chǎn)率有要求的主機，例如挖掘機，其變幅速度可按生產(chǎn)率要求確定。但一般情況下，變幅機構(gòu)都是和其他機構(gòu)共泵工作。因而，系統(tǒng)液壓泵參數(shù)（壓力，流量）確定后，變幅速度也隨之確定13。變幅機構(gòu)液壓回路設(shè)計中應(yīng)注意的問題：1在變幅機構(gòu)下降回路中，一般都要設(shè)有限速措施，防止重力超速運行。鎖緊定位要求較高的變幅機構(gòu)，要選用密封性能好的錐閥式限速閥。限速閥

46、和變幅缸之間不能用軟管聯(lián)接，以保證管路破裂時，變幅機構(gòu)不突然落臂。2有的變幅機構(gòu)中。為保證工作臂下放到支架上，不致因缸有桿腔拉力過大，使臂拉彎。4.2變幅機構(gòu)液壓回路設(shè)計計算4.2.1.載荷計算(1) 由吊重及吊具重并考慮其制動時的慣性作用引起的垂直載荷W1=144648N (4-1)(2) 臂架自重并考慮沖擊載荷引起的慣性力W2 (4-2)(3) 上車旋轉(zhuǎn)時引起的水平徑向慣性力:吊重及吊具重產(chǎn)生的水平慣性力: (4-3)式中 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)數(shù); 由旋轉(zhuǎn)中心算起的幅度;y吊鉤中心離臂架上端的距離.臂架的徑向水平慣性力: (4-4)式中 臂架自重; 臂架長度; 臂架傾角; 臂架下端離旋轉(zhuǎn)軸線的水平距離;

47、其余各個符號意義同前.總慣性力的合力作用點的位置可用如下方法求得:臂架下端單位長度上的慣性力為: (4-5)上端慣性力為: (4-6)上下端之間,該慣性力按直線關(guān)系變化,整個梯形面積即為總慣性力,梯形重心在臂架軸線上的垂直投影便是合力的作用點(如圖4-1所示)。圖4-1合力作用點位置（4）風(fēng)載荷臂架的風(fēng)載 (4-7)式中 體形系數(shù)，對箱型臂，取1.3； 計算風(fēng)壓，工作風(fēng)壓取149； 垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，??；吊物的風(fēng)載 (4-8)式中 貨物的迎風(fēng)面積，??； 其余符號意義同前。（5）油缸負載受力分析如圖4-2所示 圖4-2 油缸負載受力分析(4-9)按工作狀態(tài)的最大載荷，即上述所有載荷同時作用，

48、計算變幅油缸的強度喝穩(wěn)定性。當(dāng)臂架工作長度最短，幅度最小，吊重最大時，油缸的負載最大。此時，。則： =3930.7N =38.7 N =133.4 N=860.3 N=348.66 N N4.3 液壓缸的參數(shù)確定1.變幅油缸內(nèi)徑的確定 (4-10)式中 油缸的最大負載， ； 油缸機械效率， ； 油缸進出口壓力差,，液壓缸進口壓力，近似等于系統(tǒng)工作壓力，即，為油缸的回油壓力，取。則。圓整取標準直徑2油缸的最大流量 (4-11) 式中 油缸活塞桿伸出最大速度，； 油缸直徑，；則 11824.4平衡閥的設(shè)計平衡閥的作用是，在缸活塞桿帶重力負載G不斷下降時，當(dāng)主閥芯開口不夠大時，泵壓力因油的不可壓縮性

49、而迅速升高，壓縮彈簧使開口增大。當(dāng)開口太大，驅(qū)使活塞超速下降時，泵壓力迅速下降，使開口變小，以維持式勻速下降條件14。4.4.1平衡閥的設(shè)計1.穩(wěn)態(tài)分析導(dǎo)控活塞的軸向推力為： （4-12）式中 A口回油壓力Pa,令=0；導(dǎo)控活塞受壓面積,因孔c作用；導(dǎo)控活塞小端直徑m；下降時泵的壓力，即缸有桿腔入口壓力Pa。 N主閥芯1所受到的液動力為：（令回油壓力=0）= N （4-13）式中 流量系數(shù)，C = 0.65-0.75；缸無桿腔壓力 Pa；節(jié)流口過流面積 m；主閥芯位移 m；主閥芯節(jié)流口面積梯度， w = f / x；節(jié)流口射流角 (度)。為平衡液動力的影響，主閥芯1設(shè)置差動面積Sc，其產(chǎn)生的軸

50、向推力為：= N （4-14）式中 Sc主閥芯上的差動面積 m2,Sc=/4；D主閥芯大端直徑 m；d主閥芯小端直徑 m。彈簧力FT為： N （4-15）式中 彈簧剛度 N/m； 彈簧預(yù)壓縮量 m； 主閥芯位移 m。摩擦阻力（包括密封圈阻力）； 難以用公式確定，可參考同類產(chǎn)品或由實驗確定。穩(wěn)態(tài)勻速下降時，主閥芯1受力平衡為： （4-16） （4-17）為分析方便略去,上式簡化為： （4-18）穩(wěn)態(tài)勻速下降時，液壓缸力平衡方程為： （4-19）通過主閥芯節(jié)流口流量Q為：= （4-20） （4-21）將上式合并，解得負載壓力為： （4-22）式中: 由上式可知，當(dāng)負載下降速度不變，即通過節(jié)流口流量

51、為常數(shù)時，平衡閥的導(dǎo)控壓力（下降時泵壓力）隨負載壓力增加而減小。當(dāng)彈簧預(yù)緊力一定時，對應(yīng)不同流量（各種不同下降速度）可作出相應(yīng)流量下的一族曲線平衡閥的靜態(tài)特性曲線。以（最大負載壓力）,（最小負載壓力）和（最大流量），（最小流量）為參數(shù)的特性曲線決定平衡閥的工作區(qū)域。理想的情況流量和導(dǎo)控壓力為一族水平線，其工作區(qū)域為一矩形面積。實際上很難做到這一點，而是一組斜線。但要求曲線斜率越小越好，工作區(qū)域越大越好。平衡閥工作區(qū)域的大小主要取決最大流量 和最小流量的比值大小。減小曲線斜率主要途徑是減小彈簧剛度和主閥芯位移。當(dāng)流量大負載小時，平衡閥開度最大，導(dǎo)控壓力也處于最大值；當(dāng)流量小負載大時，開度最小，導(dǎo)

52、控壓力也處于最小值。若略去液動力，可按下式確定： （4-23）最大導(dǎo)控壓力,按下式確定： （4-24）式中 節(jié)流口不堵塞時，閥位移 m； 主閥芯最大位移 m。4.4.2 起升機構(gòu)平衡閥設(shè)計起升機構(gòu)平衡閥設(shè)計與前述基本相同。但是因為工況不同應(yīng)該注意如下兩點：(1)因起升機構(gòu)當(dāng)使用液壓馬達，故=1；(2)起升機構(gòu)當(dāng)使用制動器，空載上升和重載下降時油路壓力得保證先打開制動器，后開啟平衡閥，否則會造成制動器不停地開閉，使機構(gòu)振動。制動器開啟壓力應(yīng)滿足下式：式中： 平衡閥中單向閥3開啟壓力 ，一般取=0.04；起升機構(gòu)空載起升時所需壓力 ；4.4.3 對平衡閥的要求1密封性能要好。使用平衡閥的機構(gòu)，例如

53、變幅機構(gòu)不自然沉降，能時間長短，主要取決平衡閥內(nèi)漏。要保證高壓下無內(nèi)漏，應(yīng)采用錐面密封，而不能采用圓柱面密封。2保證通過最小流量時，節(jié)流口有良好的通流性能。機構(gòu)的微調(diào)性能部分取決于通過平衡閥不堵塞時的最小流量。節(jié)流口流過較小流量時，開口面積較小，易堵塞，造成微調(diào)性能差。錐閥式結(jié)構(gòu)通過最小流量能力差。綜合式和分離式較好，可在圓柱面開矩形或三角溝槽，則可保證小開口面積時，水力半徑較大，不易堵塞，提高機構(gòu)微調(diào)性能。3保證穩(wěn)定性的措施1）導(dǎo)控活塞上設(shè)置阻尼孔2）設(shè)置快速動作小孔3）減小面積梯度4）提高導(dǎo)控壓力5）提高彈簧剛度6）適當(dāng)加大導(dǎo)控活塞與效受壓面積4平衡閥的評價：一般，可從如下三方面評價平衡閥優(yōu)劣1）動態(tài)穩(wěn)定性：指執(zhí)行元件負重下降時，運動速度波動的大小。一般可以pw的波動來反映速度波動。2）支承性能：指在最高壓力pwmax下，使閥口關(guān)閉，每分鐘從閥的出油口漏出流量值。它反映閥的鎖緊能力。3）經(jīng)濟性：主要指導(dǎo)控壓力pd的大小。pd是保證閥口打開和維持，調(diào)整合適開口的15。從功率意義上，是一種浪費。因而pd越小，閥的經(jīng)濟性越好。第5章 伸縮機構(gòu)起重機的伸縮機構(gòu)