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摘 要
汽車(chē)起重機(jī)式工程機(jī)械產(chǎn)品中重要組成部分，它由于機(jī)動(dòng)性好而被廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、港口、油田等領(lǐng)域。主要由變幅機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、支腿機(jī)構(gòu)組成。
本文講述了QY-20汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，通過(guò)對(duì)汽車(chē)起重機(jī)總體構(gòu)成及工作原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了提液壓系統(tǒng)各功能回路的設(shè)計(jì)方案，并把各回路組合后得出了液壓系統(tǒng)原理圖；接著，設(shè)計(jì)并選擇了液壓系統(tǒng)各液壓元件并進(jìn)行了相應(yīng)計(jì)算；然后，對(duì)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)-液壓缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核；最后，通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了本QY-20汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖的非標(biāo)零件裝配圖及主要零件圖。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如：液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了起重機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵字：起重機(jī)，起升，支腿，變幅，回轉(zhuǎn)
Abstract
As an important part of automobile crane engineering machinery products, it is widely used in mining, construction, port, oil field and other fields because of its good maneuverability. Mainly consists of variable amplitude mechanism, telescopic mechanism, lifting mechanism, rotating mechanism and supporting leg mechanism.
This paper describes the design of hydraulic system of QY-20 truck crane. First of all, based on truck crane overall composition and working principle analysis, this analysis based on the proposed design scheme of hydraulic system and the function of the loop and to each circuit combination obtains the principle diagram of hydraulic system; then, design and selection of hydraulic system and the hydraulic pressure component and the corresponding calculation; then, on the main actuator hydraulic cylinders were design and strength check. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn the QY-20 truck crane hydraulic system principle diagram of non-standard parts assembly drawing and main parts figure.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: hydraulic and gas dynamic transmission, mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for future work in life is of great significance.
Key words: Crane, Lifting, Supporting legs, Amplitude, Rotation
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3汽車(chē)起重機(jī)的類(lèi)型 2
1.4汽車(chē)起重機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 3
1.5主要內(nèi)容 3
第2章 總體分析 5
2.1設(shè)計(jì)要求 5
2.1.1功能要求 5
2.1.2主要技術(shù)參數(shù)要求 5
2.2結(jié)構(gòu)及功能分析 5
2.3工況分析 7
2.3.1運(yùn)動(dòng)分析 7
2.3.2動(dòng)力分析 8
2.3.3負(fù)載分析 9
第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
3.1額定壓力的確定 10
3.2基本回路設(shè)計(jì) 10
3.2.1支腿機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì) 10
3.2.2起升機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì) 11
3.2.3變幅機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì) 11
3.2.4伸縮機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì) 12
3.2.5回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì) 12
3.3液壓系統(tǒng)原理圖 13
第4章 液壓元件的設(shè)計(jì)與選擇 14
4.1 液壓馬達(dá)和液壓泵的選擇 14
4.1.1卷?yè)P(yáng)馬達(dá)的選擇 14
4.1.2回轉(zhuǎn)馬達(dá)的選擇 14
4.1.3泵的選擇 15
4.2液壓閥的選擇 16
4.3液壓輔助元件選擇 17
4.3.1液壓油的選擇 17
4.3.2濾油器的選擇 17
4.3.3壓力表的選擇 17
4.3.4閥類(lèi)元件的選擇 17
4.4液壓油箱的設(shè)計(jì) 18
4.5液壓油管設(shè)計(jì) 19
4.5.1油管通徑的計(jì)算 19
4.5.2壁厚的計(jì)算 20
4.6液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 21
4.6.1 壓力損失的驗(yàn)算 21
4.6.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 22
第5章 液壓缸的設(shè)計(jì) 24
5.1支腿液壓缸的設(shè)計(jì) 24
5.1.1支腿垂直液壓缸 24
5.1.2支腿水平液壓缸 27
5.2變幅液壓缸的計(jì)算 28
5.3伸縮液壓缸的計(jì)算 29
總 結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
35
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義
汽車(chē)起重機(jī)式工程機(jī)械產(chǎn)品中重要組成部分，它由于機(jī)動(dòng)性好而被廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、港口、油田等領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，隨著國(guó)家擴(kuò)大內(nèi)需政策的推動(dòng)，投資的提高，個(gè)體和私營(yíng)用火的壯大，2001年產(chǎn)品銷(xiāo)量達(dá)5208臺(tái)，銷(xiāo)售收入為20.85億元，2002年產(chǎn)品銷(xiāo)量達(dá)8000臺(tái)，銷(xiāo)售收入接近30億元；在國(guó)際市場(chǎng)上，僅北美、歐洲市場(chǎng)年銷(xiāo)售額就達(dá)54億美元，可以說(shuō)市場(chǎng)巨大。
汽車(chē)起重機(jī)的液壓系統(tǒng)起著驅(qū)動(dòng)和控制汽車(chē)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)汽車(chē)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(chē)起重機(jī)發(fā)展的需要。為此對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)起重機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行研究非常重要。
1.2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
自1979年開(kāi)始，我國(guó)采用進(jìn)口汽車(chē)底盤(pán)和關(guān)鍵液壓件自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了6t、20t液壓汽車(chē)起重機(jī)之后，國(guó)內(nèi)一些起重機(jī)生產(chǎn)廠家采用集貿(mào)結(jié)合方式，分別引進(jìn)日本多田野、加藤、美國(guó)格魯夫和德國(guó)利勃海爾、克虜伯的起重機(jī)產(chǎn)品技術(shù)，以合作生產(chǎn)的方式相機(jī)制造出25t、35t、45t、50t、80t、125t 汽車(chē)起重機(jī)和25t越野輪胎起重機(jī)以及32t、50t、70t全路面起重機(jī)。這些企業(yè)經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、移植，使國(guó)產(chǎn)汽車(chē)起重機(jī)某些新產(chǎn)品的性能水平達(dá)到了國(guó)際80年代初的水平，產(chǎn)品產(chǎn)量也逐年有所提高。
由于受客觀條件的限制，當(dāng)年的技術(shù)引進(jìn)主要著重體現(xiàn)在技術(shù)軟件的引進(jìn)（如產(chǎn)品、圖紙、工藝等），而沒(méi)有引進(jìn)全套的現(xiàn)金加工設(shè)備，沒(méi)有與相關(guān)的配套件的引進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，因此國(guó)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不能提供高質(zhì)量、高性能的基礎(chǔ)配套件（如液壓元件（如液壓元件，電子元件等），到了90年代我國(guó)汽車(chē)起重機(jī)的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平相比曾一度縮小的差距又拉大了。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)起重機(jī)廠自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品技術(shù)水平大多還相當(dāng)于國(guó)際70年代初、中期水平，只有少數(shù)產(chǎn)品在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)更新?lián)Q代達(dá)到了80年代初的水平。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目建設(shè)等紛紛上馬，一些大型關(guān)鍵工程一般都采用國(guó)際公開(kāi)招標(biāo)方式采購(gòu)機(jī)械設(shè)備。國(guó)外新型汽車(chē)起重機(jī)和二手設(shè)備因此大量進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，使國(guó)內(nèi)用戶對(duì)國(guó)外起重機(jī)性能，作業(yè)可靠性、效率等方面有了較深入的了解，從而也認(rèn)識(shí)到國(guó)產(chǎn)起重機(jī)無(wú)論在制造質(zhì)量、外觀造型方面，更主要的是在技術(shù)性能（可靠性與安全性、工作效率以及操作方便性、舒適性等）方面與國(guó)外汽車(chē)起重機(jī)差距較大。國(guó)內(nèi)不少用戶為了達(dá)到作業(yè)高效率以確保工期按時(shí)完成，寧可花較多的錢(qián)購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口起重機(jī)或購(gòu)買(mǎi)國(guó)外二手起重機(jī)。這種形式下，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)起重機(jī)當(dāng)然面臨很大的沖擊和壓力。
1.2.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
汽車(chē)起重機(jī)最初是以誕生于1869年的蒸汽軌道式起重機(jī)發(fā)展而來(lái)的，經(jīng)歷了軌道式、實(shí)心輪胎式、充氣輪胎式的發(fā)展變化過(guò)程。充氣輪胎式起重機(jī)是20世紀(jì)30年代隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的。
由于汽車(chē)起重機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、效率高等特點(diǎn)，在二戰(zhàn)后修復(fù)戰(zhàn)爭(zhēng)創(chuàng)傷和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。早期的汽車(chē)起重機(jī)大多采用機(jī)械傳動(dòng)的臂架。隨著60年代中期液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓伸縮臂汽車(chē)起重機(jī)得到迅速發(fā)展。到80年代末，中小噸位的汽車(chē)起重機(jī)已多數(shù)采用液壓伸縮臂架，僅有一部分大噸位汽車(chē)起重機(jī)人采用臂架。
20世紀(jì)60年代末期，特別是從70年代開(kāi)始，隨著大型建筑、是由化工、水電站等大型工程的發(fā)展，對(duì)汽車(chē)起重機(jī)的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于當(dāng)時(shí)液壓技術(shù)、電子技術(shù)、汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展及新型高強(qiáng)度鋼材的不斷出現(xiàn)，使汽車(chē)起重機(jī)開(kāi)始想大型化暗戰(zhàn)，并且在普通輪胎式起重機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出越野輪胎起重機(jī)，隨后又開(kāi)發(fā)出全路面起重機(jī)。全路面起重機(jī)綜合了汽車(chē)起重機(jī)高速行駛和越野輪胎起重機(jī)吊重行走及高通過(guò)性的特點(diǎn)，再近20多年得到很大發(fā)展。
目前國(guó)外汽車(chē)起重機(jī)生產(chǎn)國(guó)主要由日本、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、意大利等。生產(chǎn)廠商有100多個(gè)，最著名的僅有10來(lái)家。世界汽車(chē)起重機(jī)市場(chǎng)主要?jiǎng)澐譃橐匀毡緸橹鞯膩喼奘袌?chǎng)、以美國(guó)為主的北美市場(chǎng)、以德國(guó)為主的歐洲市場(chǎng)。亞洲約占世界年銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)的40%，北美和歐洲各占20%，時(shí)間誒其它地區(qū)占20%。
1.3汽車(chē)起重機(jī)的類(lèi)型
汽車(chē)起重機(jī)的種類(lèi)很多，其分類(lèi)方法也各不相同，主要有：
（1）按起重量分類(lèi)：輕型汽車(chē)起重機(jī)(起重量在5噸以下)，中型汽車(chē)起重機(jī)(起重量在5-15噸)，重型汽車(chē)起重機(jī)(起重量在5-50噸)，超重型汽車(chē)起重機(jī)(起重量在50噸以上)。近年來(lái)，由于使用要求，其起重量有提高的趨勢(shì)，如已生產(chǎn)出50-100噸的大型汽車(chē)起重機(jī)。
（2）按支腿型式分：蛙式支腿、X型支腿、H型支腿。蛙式支腿跨距較0?僅適用于較小噸位的起重機(jī)；X型支腿容易產(chǎn)生滑移，也很少采用；H型支腿可實(shí)現(xiàn)較大跨距，對(duì)整機(jī)的穩(wěn)定有明顯的優(yōu)越性，所以我國(guó)目前生產(chǎn)的液壓汽車(chē)起重機(jī)多采用H型支腿。
（3）按傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方式分：機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)三類(lèi)。
（4）按起重裝置在水平面可回轉(zhuǎn)范圍(即轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)范圍)分：全回轉(zhuǎn)式汽車(chē)起重機(jī)(轉(zhuǎn)臺(tái)可任意旋轉(zhuǎn)360°)和非全回轉(zhuǎn)汽車(chē)起重機(jī)(轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)角小于270°)。
（5）按吊臂的結(jié)構(gòu)形式分：折迭式吊臂、伸縮式吊臂和桁架式吊臂汽車(chē)起重機(jī)。
1.4汽車(chē)起重機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
根據(jù)汽車(chē)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。
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）。
（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。
1.5主要內(nèi)容
（1）汽車(chē)起重機(jī)支腿機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（2）汽車(chē)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（3）汽車(chē)起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（4）繪制輪式汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)總原理圖；
（5）確定液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)主要參數(shù)；
（6）汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)元件的設(shè)計(jì)與選擇；
（7）非標(biāo)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算；
（8）繪制非標(biāo)件總裝配圖；
（9）繪制非標(biāo)件零件圖；
（10）汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)的分析。
第2章 總體分析
2.1設(shè)計(jì)要求
2.1.1功能要求
對(duì)于汽車(chē)起重機(jī)，要求裝備有臂架式起重機(jī)，其額定起重量、起重臂伸長(zhǎng)長(zhǎng)度、變幅角度、回轉(zhuǎn)角度等均能滿足工作要求。
對(duì)于高空作業(yè)車(chē)，其工作裝置主要由支撐機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和舉升機(jī)構(gòu)三大總成組成，一般要求：
（1）整車(chē)回轉(zhuǎn)部分，包括舉升機(jī)構(gòu)作業(yè)斗，均支撐在回轉(zhuǎn)裝置上；
（2）支撐回轉(zhuǎn)裝置采用轉(zhuǎn)盤(pán)式，可實(shí)現(xiàn)360°的全回轉(zhuǎn)；
（3）舉升機(jī)構(gòu)可由液壓或機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)。
2.1.2主要技術(shù)參數(shù)要求
（1）最大起重量20噸；
（2）最高提升速度=12；
（3）起升減速傳動(dòng)比=21.6、效率=0.92；
（4）起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑=415mm；
（5）吊鉤滑輪組倍率為=6,效率=0.95；
（6）鋼絲繩導(dǎo)向滑輪效率=0.96；
（7）液壓系統(tǒng)額定壓力初定為=18=18×106；
2.2結(jié)構(gòu)及功能分析
汽車(chē)起重機(jī)主要由1-變幅機(jī)構(gòu)、2-伸縮機(jī)構(gòu)、3-起升機(jī)構(gòu)、4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、5-支腿機(jī)構(gòu)組成。液壓系統(tǒng)也就由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿五個(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)。
1-變幅機(jī)構(gòu) 2-伸縮機(jī)構(gòu) 3-起升機(jī)構(gòu) 4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5-支腿機(jī)構(gòu)
圖2-1 汽車(chē)起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
（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)。
（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。
（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。
（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(chē)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。
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。
（5）支腿回路
汽車(chē)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。
2.3工況分析
主機(jī)的用途、工藝過(guò)程、總體布局以及對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的位置和空間尺寸的要求；主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動(dòng)化程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、換向定位精度以及對(duì)系統(tǒng)的效率、溫升等的要求；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動(dòng)沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。
在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行工況分析，工況分析包括運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動(dòng)作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以下對(duì)工況分析的內(nèi)容作具體介紹。
2.3.1運(yùn)動(dòng)分析
主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝要求的運(yùn)動(dòng)情況，可以用位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。
（1）位移循環(huán)圖s—t
圖2-2為液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo)s表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動(dòng)到返回原位的時(shí)間，曲線斜率表示活塞移動(dòng)速度。該圖清楚的表明了汽車(chē)起重機(jī)的主液壓缸的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個(gè)階段組成。
圖2-2 位移循環(huán)圖
（2）速度循環(huán)圖v—t(或v—s)
工程中液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可歸納為三種類(lèi)型。圖2-6為三種類(lèi)型液壓缸的v—t圖，第一種如圖2-3中實(shí)線所示，液壓缸開(kāi)始作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻速運(yùn)動(dòng)，
圖2-3 速度循環(huán)圖
最后勻減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運(yùn)動(dòng)，在另一半作勻減速運(yùn)動(dòng)，且加速度與減速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻減速至行程終點(diǎn)。v—t圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類(lèi)型液壓缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動(dòng)力特性。
2.3.2動(dòng)力分析
動(dòng)力分析，是研究機(jī)器在工作過(guò)程中，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況，對(duì)液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。
（1）液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖
圖2-4 負(fù)載循環(huán)圖
（2）液壓缸的負(fù)載力計(jì)算
工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成
式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；Fg為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。
（3）液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力
液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力計(jì)算，一般包括啟動(dòng)加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動(dòng)等幾個(gè)階段，每個(gè)階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。
啟動(dòng)加速階段：這時(shí)液壓缸或活塞處于由靜止到啟動(dòng)并加速到一定速度，其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機(jī)械效率計(jì)算)、重力和慣性力等項(xiàng)，即：
快速階段：
工進(jìn)階段：
減速：
對(duì)簡(jiǎn)單液壓系統(tǒng)，上述計(jì)算過(guò)程可簡(jiǎn)化。例如采用單定量泵供油，只需計(jì)算工進(jìn)階段的總負(fù)載力，若簡(jiǎn)單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計(jì)算快速階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。
2.3.3負(fù)載分析
工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為：
1)工作負(fù)載力矩Me。
工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時(shí)間變化，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作條件進(jìn)行具體分析。
2)摩擦力矩Mf。
為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計(jì)算公式為：
式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f為摩擦因數(shù)，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦因數(shù)，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。
3)慣性力矩Mi。
為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩，其計(jì)算公式為：
式中：ε為角加速度(r/s2)；Δω為角速度的變化(r/s)；Δt為加速或減速時(shí)間(s)；J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()。為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)()。
第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1額定壓力的確定
系統(tǒng)工作壓力應(yīng)按整機(jī)性能要求，考慮經(jīng)濟(jì)性和液壓技術(shù)現(xiàn)有水平確定。在給定外負(fù)載下。系統(tǒng)的工作壓力越高，各液壓元件及管路系統(tǒng)的尺寸就越小。重量越輕.結(jié)構(gòu)越緊湊。但由此導(dǎo)致對(duì)密封、制造加工精度和元件材質(zhì)的要越嚴(yán)，維護(hù)和修理也越困難。況且系統(tǒng)工作壓力高到一定程度后，隨著高壓力對(duì)壁厚和密封要求的提高，系統(tǒng)的尺寸和重量反而會(huì)增加。由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知現(xiàn)有輪式起重機(jī)采用的工作壓力為:
1)中壓:10MPa~25MPa，用于中小型輪式起重機(jī)；
2)高壓:25MPa~32MPa,用于大中型輪式起重機(jī)；
3)超高壓:32MPa以上，用于特大型或有特殊要求的輪式起重機(jī)。
QY-20汽車(chē)起重機(jī)屬于中小型汽車(chē)起重機(jī)。結(jié)合實(shí)際情況，本文在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，初選系統(tǒng)壓力為18MPa。
3.2基本回路設(shè)計(jì)
3.2.1支腿機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)
本車(chē)采用H式支腿結(jié)構(gòu)比較合理。H式支腿，此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個(gè)液壓缸，一水平的(或略帶傾斜的)，一垂直的支承液壓缸，支腿外伸后呈H形。為保證足夠的外伸距離，左右支腿相互叉開(kāi)。
對(duì)于支腿跨距的確定所示，汽車(chē)起重機(jī)支腿是前后設(shè)置的，并向兩側(cè)方向伸出，形成矩形穩(wěn)定面。因此，支腿橫向跨距選取要適當(dāng)，原則上是起重機(jī)在吊臂強(qiáng)度允許的起重量時(shí)，其穩(wěn)定度達(dá)到規(guī)定的要求即可。
支腿全部外伸時(shí)可將起重機(jī)作業(yè)區(qū)域分四塊:即右側(cè)方作業(yè)區(qū)、前方作業(yè)區(qū)、左側(cè)方作業(yè)區(qū)和后方作業(yè)區(qū)。支腿跨距的確定，完全從穩(wěn)定角度出發(fā)。支腿橫向外伸跨距的最小值是要保證起重機(jī)在正側(cè)方吊重的穩(wěn)定，也即是在起吊臨界起重量時(shí)，全部重量的合力將落在支腿中心線上。也就是要使支腿中心連線內(nèi)、外的力矩處于平衡狀態(tài)。
圖3-1支腿液壓回路原理圖
1)圖3-6為中小噸位汽車(chē)起重機(jī)支腿液壓回路原理圖，它共有八個(gè)液壓缸，即四個(gè)水平缸和四個(gè)垂直缸，這八個(gè)液壓缸屬于起重機(jī)下車(chē)液壓系統(tǒng)的一部分支腿液壓回路除了八個(gè)液壓缸外，主要還包括：一個(gè)三聯(lián)齒輪泵，下車(chē)多路閥，吸油濾油器，回油濾油器，兩條主油路，供油路K3，回油路K2，壓力表，每個(gè)液壓缸都有一個(gè)雙向液壓鎖。
3.2.2起升機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)
起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械的主要機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)重物的升降運(yùn)動(dòng)。起升機(jī)構(gòu)通常由原動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器、離合器、鋼絲繩滑輪組和吊鉤等組成。
起升液壓油路回路起到使重物升降的作用。起升液壓油路回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器、液壓制動(dòng)器和液壓馬達(dá)組成。起升液壓回路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-2所示。
圖3-2 起升機(jī)構(gòu)液壓回路圖
起升回路是起重機(jī)液壓系統(tǒng)的主要回路，對(duì)于大、中型汽車(chē)起重機(jī)一般都設(shè)置主、副卷?yè)P(yáng)起升系統(tǒng)。它們的工作方式有單獨(dú)吊重、合流吊重以及共同吊重三種方式，其中對(duì)于吊大噸位且要求速度不太高時(shí)用卷?yè)P(yáng)吊的方式，對(duì)于起吊小噸位且要求速度不太高時(shí)用副卷?yè)P(yáng)吊單獨(dú)吊重的方式；對(duì)于吊大噸位且要求速度比較高時(shí)用卷?yè)P(yáng)泵合流吊重的方式；對(duì)于吊比較長(zhǎng)的物體時(shí)用共同吊重的方式。
3.2.3變幅機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)
變幅回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥和變幅液壓缸組成。最常見(jiàn)的液壓變幅機(jī)構(gòu)是用雙作用液壓缸作液動(dòng)機(jī)，也有采用液壓馬達(dá)和柱塞缸。因此本設(shè)計(jì)采用雙作用液缸作液動(dòng)機(jī)。液壓油路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-3所示。
變幅機(jī)構(gòu)落臂時(shí)，因載荷的重力作用，會(huì)產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象，需要限速措施。因此，在此機(jī)構(gòu)中必須設(shè)置限速裝置。國(guó)內(nèi)外太都采用使用平衡閥(限速閥)的限速回路。平衡閥不僅能防止超速下行，也能保證整個(gè)下降過(guò)程為勻速過(guò)程。
圖3-3 變幅機(jī)構(gòu)回路
3.2.4伸縮機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)
吊臂伸縮機(jī)構(gòu)是一種多級(jí)式伸縮起重臂伸出與縮回的機(jī)構(gòu)。采用液壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，執(zhí)行元件選用液壓液壓缸，利用缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)下級(jí)吊臂的伸縮。通常，n節(jié)吊臂則相應(yīng)要有（n-1）個(gè)液壓缸一活塞組。在設(shè)計(jì)相鄰的三節(jié)臂伸縮機(jī)構(gòu)時(shí)，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間伸縮的比例關(guān)系，采用鋼絲繩滑輪組(或鏈條鏈輪）實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮以代替一只液壓缸，這就形成了液壓—機(jī)械驅(qū)動(dòng)形式。伸縮機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-4所示。
圖3-4 伸縮機(jī)構(gòu)液壓油路回路圖
3.2.5回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)
工程起重機(jī)能將起重物送到指定工作范圍內(nèi)的任意空間位置，除了依靠起升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)重物的垂直位移外，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)水平位移的方法之一，盡管此種運(yùn)動(dòng)形式的水平移動(dòng)范圍有限，但所需功率小，要求也比較簡(jiǎn)單，故在大多數(shù)工程起重機(jī)中被采用，而且一般還都設(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)。
液壓油路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-5所示。
圖3-5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓回路圖
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。它主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達(dá)組成，由于回轉(zhuǎn)力比較小所以其結(jié)構(gòu)沒(méi)有起升回路復(fù)雜。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(chē)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)。
3.3液壓系統(tǒng)原理圖
根據(jù)各回路的分析得到汽車(chē)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)底盤(pán)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)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(chē)部分。油箱裝在上車(chē)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。
如圖3-6所示為汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖。
圖3-6 汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖
第4章 液壓元件的設(shè)計(jì)與選擇
4.1 液壓馬達(dá)和液壓泵的選擇
4.1.1卷?yè)P(yáng)馬達(dá)的選擇
(1)卷?yè)P(yáng)卷筒力矩
式中：F1——卷?yè)P(yáng)單繩最大拉力 F1=40KN;
Dj1——鋼繩4層卷繞時(shí)的卷筒直徑為415mm
dj1——鋼絲繩直徑，dj1＝14mmηj—卷筒機(jī)械效率,由Dj1/ dj1=27查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[10]表8-7得ηj =0.95
(2)卷?yè)P(yáng)馬達(dá)扭矩
式中：i1——卷?yè)P(yáng)減速器速比，i1=21.6
η1——馬達(dá)至減速器輸出端機(jī)械效率，η1=0.92
(3)卷?yè)P(yáng)馬達(dá)排量
式中：ΔPM1——馬達(dá)進(jìn)出口最大壓差，
ηM1m卷?yè)P(yáng)馬達(dá)機(jī)械效率，ηM1m=0.95
(4) 卷?yè)P(yáng)馬達(dá)型號(hào)
選取博世力士樂(lè)公司[4]生產(chǎn)的定量軸向柱塞馬達(dá)A2FM32,其性能參數(shù)為:
排量 32.0 cm3/r;
額定壓力 40 Mpa;
最大壓力 45 Mpa;
允許轉(zhuǎn)速 6300r/min;
4.1.2回轉(zhuǎn)馬達(dá)的選擇
(1)回轉(zhuǎn)馬達(dá)阻力矩
(5-10)
式中：MHmax——回轉(zhuǎn)總阻力矩，MHmax=124KN.m;
i——回轉(zhuǎn)減速器速比， i=1707.6
Η——回轉(zhuǎn)機(jī)械傳動(dòng)效率，η=0.95
(2)回轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量
(5-11)
式中：ΔPM3——回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作壓差，
ηM3m——回轉(zhuǎn)馬達(dá)機(jī)械效率，ηM3m=0.95
(3)回轉(zhuǎn)馬達(dá)的型號(hào)
選取博世力士樂(lè)[10]定量軸向柱塞馬達(dá)A2FM28。
馬達(dá)性能參數(shù)為：
排量 28cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉(zhuǎn)速 6300r/min
4.1.3泵的選擇
(1)卷?yè)P(yáng)卷筒的轉(zhuǎn)速
式中：V1——卷?yè)P(yáng)單純最大速度，V1=130m/min
(2)卷?yè)P(yáng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速
(3)卷?yè)P(yáng)馬達(dá)流量
式中：ηM1V——卷?yè)P(yáng)馬達(dá)容積效率，ηM1V=0.95;
(4)卷?yè)P(yáng)泵排量
式中：nB1——卷?yè)P(yáng)泵工作轉(zhuǎn)速，nB1=2500rpm
ηB1V——卷?yè)P(yáng)泵容積效率，ηB1V=0.95
(5)卷?yè)P(yáng)泵的型號(hào)
選取博世力士樂(lè)軸向柱塞變量泵A2F090，控制方式為恒功率控制。
性能參數(shù)為：
最大排量 90cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉(zhuǎn)速 3350r/min
先導(dǎo)壓力變化范圍 0.6～1.8Mpa。
4.2液壓閥的選擇
1)多路換向閥
多路換向閥是手動(dòng)控制換向閥的組合閥，主要用于起重運(yùn)輸車(chē)輛、工程行走機(jī)械及其他行走機(jī)械，以進(jìn)行多個(gè)工作機(jī)構(gòu)（液壓缸、液壓馬達(dá)）的集中控制。閥由2～5個(gè)三位六通手動(dòng)換向閥、溢流閥、單向閥組成。根據(jù)不同用途，閥在中間位置時(shí)，主油路有中間全封閉式、壓力口封閉式及B腔常封閉式等，中間位置時(shí)壓力油短路卸荷。
選用ZFS-B20H-4T-2Y型，公稱(chēng)壓力20MPa，公稱(chēng)流量100L/min。
2)主副卷?yè)P(yáng)合流閥
該閥由主閥和先導(dǎo)電磁閥組成，主閥為三位二通液控閥，額定壓力為32 Mpa，閥口最大流量56cm3/r，電磁換向閥，額定壓力31.5 Mpa，公稱(chēng)流量12L/min，該閥機(jī)能為三位六通常閉型。
3)功率限制閥
由于卷?yè)P(yáng)泵為液壓比例變量，壓力一定時(shí)，其輸出功率隨排量增大而線性增大，主副卷?yè)P(yáng)油路中分別設(shè)置功率限制器，可以限制主副卷?yè)P(yáng)油路的極限液壓功率，使其不超過(guò)規(guī)定值，保正多回路總功率不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)分配給液壓系統(tǒng)的功率，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載。
閉式油路中應(yīng)對(duì)回路的最大功率加以限制，主副卷?yè)P(yáng)泵的極限功率為40KW和30KW。選用曼內(nèi)斯曼公司生產(chǎn)的恒功率調(diào)節(jié)閥，型號(hào)為L(zhǎng)V061A0，主油路額定壓力為40Mpa，最大先導(dǎo)壓力為6 Mpa。
電動(dòng)參數(shù)：開(kāi)關(guān)容量——交流15A～380V；
4)平衡閥
變幅油路采用德國(guó)曼內(nèi)斯曼的平衡閥，型號(hào)為MHRB22F，其性能參數(shù)如下：
額定壓力 35 Mpa
最大閉鎖壓力 42 Mpa
微調(diào)壓力范圍 0.5～2.0 Mpa
最大流量 12L/min
伸縮油路選用上海立新液壓件廠生產(chǎn)的FD25PA10/B00平衡閥。
4.3液壓輔助元件選擇
4.3.1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。
4.3.2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?。?5。查[3]表37.10-3《濾油器類(lèi)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-F150×16型燒結(jié)式濾油器。
4.3.3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。
4.3.4閥類(lèi)元件的選擇
（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?；芈非袚Q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(lèi)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[3]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。
4.4液壓油箱的設(shè)計(jì)
油箱可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱二種。開(kāi)式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過(guò)濾器。開(kāi)式油箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá)0.05MPa。如果按油箱的形狀來(lái)分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。
圖4-1 液壓油箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1—液位計(jì)；2—吸油管；3—空氣過(guò)濾器；4—回油管；5—側(cè)板；6—入孔蓋；7—放油塞；8—地腳；9—隔板；10—底板；11—吸油過(guò)濾器；12—蓋板；
（1）液壓系統(tǒng)流量
（2）油箱有效容積
油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的3～5倍。油箱中油液溫度一般推薦在30～50℃，最高不應(yīng)超過(guò)75℃。歸于工具及其他固定裝置，工作溫度可允許在40～55℃；對(duì)于行走機(jī)械，如裝載車(chē)輛、工程機(jī)械的油箱，最高溫度允許到75℃，在特殊情況下允許達(dá)到85℃；對(duì)于高壓系統(tǒng)，為減少泄漏，工作溫度不應(yīng)超過(guò)50℃，建議當(dāng)油溫超過(guò)65℃時(shí)，就應(yīng)采用冷卻裝置對(duì)油液進(jìn)行冷卻。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計(jì)。計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量與散熱量，再考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計(jì)算出油箱容量。
油箱的容積一般為泵每分鐘流量的2-4倍，當(dāng)系統(tǒng)采用定量泵時(shí)油箱的容量不能小于泵每分鐘流量的2倍。此系統(tǒng)中泵流量為141.68L/min，則油箱容積
查表取V = 116 L
4.5液壓油管設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)的工作液體用油管輸送，油管應(yīng)由足夠的強(qiáng)度，良好的密封，并且要求壓力損失小，拆裝方便。
無(wú)縫鋼管具有耐壓高、變形小、耐油、抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故選取無(wú)縫鋼管為主要管用管。
4.5.1油管通徑的計(jì)算
合理選擇油管的通經(jīng)，對(duì)于正確決定液壓系統(tǒng)所需的安裝空間，方便安裝工藝，保持一定的系統(tǒng)效率和其它工作性能都很重要，油管通經(jīng)d按下式計(jì)算：
式中：
Q——管內(nèi)通過(guò)的流量，l/min
V——液體在管內(nèi)的最大允許流量
高壓管：
回油管：
吸油管：
高壓管通經(jīng)油兩種情況：
對(duì)于小泵：取d=15mm
對(duì)于大泵：取d=16.9mm
回油管通經(jīng)油兩種情況：
對(duì)于小泵：取
對(duì)于大泵：取
吸油管通經(jīng)油兩種情況：
對(duì)于小泵：取
對(duì)于大泵：取
4.5.2壁厚的計(jì)算
對(duì)于金屬油管的壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算：
式中：
d——油管內(nèi)徑，mm
P——管內(nèi)液體最大工作壓力，Pa；P=20MPa
——油管材料的許用應(yīng)力，Pa；
——管材抗拉強(qiáng)度，Pa；對(duì)于20號(hào)鋼無(wú)縫管，
n——安全系數(shù)，n＝4
則：
高壓油管壁厚：
對(duì)于小泵：
對(duì)于大泵：
回油管壁厚：
4.6液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算
4.6.1 壓力損失的驗(yàn)算
（1）工作進(jìn)給時(shí)的進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為1.2m/mmin。進(jìn)給時(shí)的最大流量為14.73L/min。則液壓油在管內(nèi)流速v1為
v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min
管道流動(dòng)雷諾數(shù)為
= = = 111
＜2300，可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)
= = = 0.68
進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失為
= = Pa
查閱換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失 = Pa。忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失為
= + = Pa = Pa
（2）工作進(jìn)結(jié)時(shí)的回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，并且液壓缸有桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則
= = 69.5cm/s
= = = 55.5
= = = 1.39
回油管道的沿程壓力損失為
= = Pa = Pa
查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/ OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，換向閥4WE6E50/OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，調(diào)速閥2FRM5-20/6的壓力損失為 = 0.5×Pa。
回油路總壓力損失為
=+++=（0.05+0.025+0.025+0.5）×Pa =0.6×Pa
（3）變量泵出口處的壓力
= +
=3.2×Pa
查閱產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：
4WE6E50/OAG24的壓力損失為 = Pa
3WE6A50/OAG24的壓力損失為 = Pa
據(jù)分析在差動(dòng)連接中，泵的出口壓力為
= +++ ++
= Pa
= 1.93×Pa
上述驗(yàn)算表明，不需要修改原設(shè)計(jì)。
4.6.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算
在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，注意考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值最大者進(jìn)行分析。
當(dāng)v = 10cm/min時(shí)
= = = 0.785L/min
此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.2MPa，則有
= kw = 0.42 kw
= Fv = kw = 0.034kw
此時(shí)的功率損失為
=- = （0.718-0.41kw = 0.31kw
可見(jiàn)在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為0.386kw，發(fā)熱量最大。
假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K =kw/(.℃),油箱的散熱面積A為
A = 0.065 = 0.065 = 1.92
系統(tǒng)的溫升為
==℃ = 20.1℃
對(duì)于一般機(jī)械允許溫升25~30℃，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于25℃，工程機(jī)械等允許的溫升為35~40℃。驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻措施。
第5章 液壓缸的設(shè)計(jì)
5.1支腿液壓缸的設(shè)計(jì)
支腿跨距的確定：為增大輪胎式起重機(jī)在起重工作時(shí)的起重能力，起重機(jī)設(shè)有支腿。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,H式支腿外伸距離大，對(duì)地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，故廣泛采用此支腿。
汽車(chē)起重機(jī)支腿是前后設(shè)置的，并向兩側(cè)方向伸出。但在汽車(chē)起重機(jī)中，前方作業(yè)區(qū)域一般不吊重，所以?。?b=3835mm
5.1.1支腿垂直液壓缸
（1）按四點(diǎn)支撐的支腿壓力計(jì)算
假定輪胎式起重機(jī)在吊重工作時(shí)支撐在A、B、C、D四個(gè)支腿上如3-5所示，在這里忽略了B與C、A與D支腿叉開(kāi)的實(shí)際情況，因?yàn)橛绊懖淮?，吊臂位置是在任意方向，如圖示，吊臂位置在高起重機(jī)縱軸線角處。令假定起重機(jī)底盤(pán)不回轉(zhuǎn)部分的重量為，其重心位置在離支腿中心處，本身帶有符號(hào)，如圖示，在0上側(cè)為正，下側(cè)為負(fù)。起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心，離支腿中心0的距離為，也帶有符號(hào)，其上車(chē)自重，吊臂自重和配重自重和計(jì)算吊重的合力則：
＝+++ （其中，由＝-1865mm, ＝550mm）
則：＝+++＝（34544+1755+1181+8160）9.8＝143.67 KN
合力矩的距離為：
所以有：
圖3-5 四點(diǎn)支撐的支腿受力情況
由于回轉(zhuǎn)慣性力，離心力和風(fēng)力等風(fēng)力水平力的作用，在吊臂頭部作用有水平力T，則作用在吊臂平面內(nèi)有力矩M，其大小為：
其中為吊臂頭部離地面的距離，＝7.5米
水平力T為：
則：
從上已知，作用在支腿上的載荷有：底盤(pán)自重，上車(chē)回轉(zhuǎn)部分，以及在吊臂平面內(nèi)的力矩M，則四個(gè)支腿上的壓力各為：
當(dāng)時(shí)，且?guī)霐?shù)據(jù)可得A=26.67KN ;B=23.02KN ;C=78.6KN ;D=73.5KN
放支腿時(shí)，最少有兩個(gè)液壓缸受力，則單個(gè)液壓缸的最大載荷：
起重量為20噸時(shí)，作用在支腿液壓缸上的最大外載荷
（2）計(jì)算垂直液壓缸的主要參數(shù)
該液壓缸用于控制輪胎式起重機(jī)垂直支腿，使之工作時(shí)起到支撐起重機(jī)的作行駛時(shí)應(yīng)收回，選用雙向液壓驅(qū)動(dòng)的單桿活塞缸。
確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d
在確定缸筒內(nèi)徑D時(shí)，必然保證液壓缸在系統(tǒng)給定的工作壓力下，具有足夠的牽引力來(lái)驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載。對(duì)于雙作用單活塞桿液壓缸，當(dāng)活塞桿是以推力驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí)，即壓力油輸入無(wú)桿腔時(shí)，工作負(fù)載為
缸筒內(nèi)徑D可由下式求得：
式中：
——液壓缸的有效工作壓力；＝19MPa
——液壓缸的機(jī)械效率；＝0.95
——液壓缸所承受的外載荷。
所以垂直缸的內(nèi)徑D為：
取標(biāo)準(zhǔn)系列為D＝63mm，選取速比系數(shù)，查取標(biāo)準(zhǔn)活塞桿直徑d＝45mm.
（3）計(jì)算垂直液壓缸的壁厚
液壓缸的壁厚可由下式求得：
式中：
——液壓缸內(nèi)最達(dá)油壓力
——液壓缸內(nèi)徑，單位mm
——
——強(qiáng)度系數(shù)
——附加厚度
取標(biāo)準(zhǔn)壁厚
（4）缸筒壁厚與活塞桿的校核
缸筒上無(wú)焊接零件，一般采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，
強(qiáng)度足夠。
活塞桿材料可用45號(hào)鋼做實(shí)心桿，其強(qiáng)度一般是足夠的。
45號(hào)鋼多用于小截面，中載荷的調(diào)質(zhì)鋼，如主軸，曲軸，齒輪，連桿，鏈輪等。力學(xué)性能：a=600Mpa, b=355Pma
5.1.2支腿水平液壓缸
支腿的水平液壓缸主要參數(shù)可以與垂直液壓缸的相同，但水平液壓缸有車(chē)架的金屬箱板共同抗彎，故其活塞桿直徑可以小一些，故取D＝63mm，選取D=63mm,選取過(guò)比系數(shù)，查取標(biāo)準(zhǔn)活塞桿直徑d=35mm,
液壓缸的強(qiáng)度和活塞桿的強(qiáng)度及穩(wěn)定性的計(jì)算雷同垂直液壓缸，都能滿足條件。
5.2變幅液壓缸的計(jì)算
（1）由于液壓液壓缸變幅具有工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)輕便和便于布置，變幅力較小時(shí)一般采用單缸，否則采用雙缸，變幅液壓缸的受力較復(fù)雜，具體分析如下：
圖3-6變幅液壓缸的受力分析
變幅液壓缸受的支撐力 ： 式中 ： 為沖擊載荷系數(shù)一般為 = 1.2
為起升動(dòng)載荷系數(shù) =（1.15—1.3）之間，取=.1.2
為變幅液壓缸數(shù)=1 , l為變幅液壓缸的力臂
一般取小于12°， 取=11°
=0.191 l=7.6X=1.45
=17.395KN; =1.5m; =/=0.51
將以上各式帶入N 得N=146.76KN =+=70.34°
根據(jù)計(jì)算，當(dāng)起重20噸時(shí)，變幅液壓缸與水平面呈的角，則起重為20噸時(shí)作用在液壓缸上的最大外載荷，當(dāng)?shù)跷镏亓繛?0噸斜支起重時(shí)，液壓缸承受的最大外載荷為，則變幅液壓缸D：
由于變幅液壓缸形成較大，受力復(fù)雜，為了保證液壓缸的穩(wěn)定性，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑D＝110mm。
選取速比系數(shù)，查取標(biāo)準(zhǔn)活塞桿直徑d=80mm
則缸壁厚
取標(biāo)準(zhǔn)壁厚
變幅液壓缸缸筒壁厚與活塞桿的校核：
缸筒上無(wú)焊接零件，一般采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，
強(qiáng)度足夠。
對(duì)于活塞桿： 滿足強(qiáng)度要求。
輪胎起重機(jī)的變幅缸行程為1145mm，當(dāng)它全縮時(shí)，吊臂有負(fù)仰角，使吊臂頭部離地面在1800mm左右，便于安裝調(diào)整付臂。
5.3伸縮液壓缸的計(jì)算
由于伸縮液壓缸行程達(dá)，為了保證其穩(wěn)定性，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑D=100mm，選取速比系數(shù)，查取標(biāo)準(zhǔn)活塞桿直徑d=70mm。
伸縮液壓缸是雙作用缸，由活塞桿、活塞、缸筒及密件組成。輪胎起重機(jī)的伸縮缸行程為5米，由于活塞桿全部伸出時(shí)較長(zhǎng)，本身自重會(huì)引起較大的彎曲變形，因而在伸縮臂內(nèi)裝有
對(duì)于伸縮缸，液壓缸最大封閉壓力就是系統(tǒng)壓力即
則缸壁厚：
取標(biāo)準(zhǔn)壁厚
伸縮液壓缸缸筒壁厚與活塞桿的校核：
缸筒上無(wú)焊接零件，一般采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，
強(qiáng)度足夠。
對(duì)于活塞桿： 滿足強(qiáng)度要求。
總 結(jié)
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎用到了我們大學(xué)所學(xué)的所有專(zhuān)業(yè)課程，可以說(shuō)是我們大學(xué)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次綜合考察和評(píng)定.通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們對(duì)以前所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)與融會(huì)貫通.例如我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要用到所學(xué)的工程制圖、材料力學(xué)、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、極限配合與公差以及CAD計(jì)算機(jī)輔助制圖等基礎(chǔ)的專(zhuān)業(yè)知識(shí).在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅使我們熟悉了舊的的知識(shí)點(diǎn)，還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒(méi)有注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，而這些細(xì)節(jié)問(wèn)題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機(jī)械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在。
此外，我感覺(jué)兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)極大的豐富了我們的知識(shí)面，使我學(xué)到了許多知識(shí)，不僅僅局限于多學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí).在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于需要用到課本外的知識(shí)，這要求我們上網(wǎng)或者到圖書(shū)館等查閱資料。例如在設(shè)計(jì)方案時(shí)就需要我們對(duì)QY-20汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選用合適的方案。由于以前沒(méi)有注意此方面的問(wèn)題，所以必須通過(guò)實(shí)踐認(rèn)識(shí)和查閱資料才能做到更好。
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