任務書： 本科學生畢業(yè)設計（論文）任務書設計（論文）題目 QY40 起重機液壓系統(tǒng)設計計算與關鍵技術研究 學院、專業(yè) 機械學院、 機械制造及自動化 學生姓名 指導教師姓名、職稱 （任務起止日期： ）設計（論文）的主要內容與要求及其主要技術指標：主要內容：以 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)作為設計研究對象，根據總體技術指標，在確定各工作機構型式和參數的基礎上，進行液壓系統(tǒng)設計計算，并對該液壓系統(tǒng)進行分析與研究。設計要求：1. 繪制 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖（零號） ；2. 編制 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)設計計算書；3. 撰寫 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)關鍵技術研究報告。設計（論文）的主要技術指標：1． 整機基本參數應符合《汽車起重機基本參數》標準。2． 各工作機構既能單獨單獨作業(yè)又能復合作業(yè)，其中主卷揚單獨作業(yè)時能實現合流。3． 發(fā)動機功率 80KW(2500r/min),最大扭矩 300Nm(1650r/min),液壓系統(tǒng)壓力 250Mpa.4． 液壓系統(tǒng)采用多泵多回路變量液壓系統(tǒng)，主、副卷揚和回轉采用閉式回路，變幅、伸縮和支腿采用開式回路。操作方式為先導伺服操作。5． 所設計的汽車起重機液壓系統(tǒng)構成合理，技術性能先進，在滿足可靠性前提下具有一定的創(chuàng)新性。技術資料完整、正確。6． 撰寫的汽車起重機液壓系統(tǒng)關鍵技術研究報告具有一定的理論性、使用性和獨創(chuàng)性。進 度 安 排序號 設計（論文）工作進度 日期（起止周數） %1 查閱資料，撰寫實習報告，文獻綜述和譯文 4-5 102 系統(tǒng)方案和元件選擇，繪制液壓系統(tǒng)圖 5-7 203 液壓系統(tǒng)性能驗算，編制設計計算書 8-11 204 結合設計難點，選擇專題，資料檢索 12 105 撰寫液壓系統(tǒng)專題研究報告 13-16 40主要參考文獻：1． 《工程起重機》2． 《工程機械液壓與液力傳動》3． 《起重運輸與工程機械液壓傳動》4． 《機械設計手冊》 （液壓部分）5． 《起重機設計手冊》6. 《工程機械》雜志（2000 年以后）6. 《建筑機械》雜志（2000 年以后）同組設計（論文）者：楊保成系負責人意見：簽字： 年 月 日學院負責人意見：簽字： 年 月 日注：1.此任務書由指導教師填寫。2.此任務書最遲必須在第七學期（五年制第九學期）15 周前下達給學生。教務處制翻譯：譯文 1： 隨車液壓起重機的軌跡控制問題描述這項方案是根據如圖1所示的多自由度隨車液壓起重機控制問題提出來的。控制隨車起重機要求操作人員技術相當高，它的操作機動范圍很小。如果可以讓現代的起重機實現遙控控制的話，操作人員只需要控制他手中的遙控器就可以控制起重機把重物放在他要求的任何地方。一個按鈕控制一個自由度方向上的轉動。因此只需要讓操作人員得到熟練的訓練他就可以每次控制更多的按鈕來實現多個自由度的轉動。圖 1 所示為一臺隨車液壓裝載起重機部分液壓系統(tǒng)控制圖實例這項工程的目標是設計一臺非熟練操作人員都能夠控制的移動式液壓起重機。操作人員根據吊具總成的合成軌跡控制一根操縱桿。這樣不同的自由度就可以同時被控制。多數隨車液壓起重機的結構就像圖1所示的那樣，大多數都是非常柔性化的，因此當受載時它們就會彎曲。這樣做可以使起重機吊重比最低。事實上吊重頂端位置也是制約控制系統(tǒng)結構偏差的因素。這種問題可以通過一個好的位置偏差補償控制系統(tǒng)解決，這個系統(tǒng)還可以消除操作初期結構上發(fā)生的擺動。繼續(xù)使結構軌跡偏差補償控制系統(tǒng)在起重機上進一步發(fā)展，起重機的裝載能力將可以大大得到提高。當這種在起重機里的擺動可以被控制系統(tǒng)抑制的方法能夠得到充分證明，在一個長的期限里可能有一個降低動力學安全系數的機會。這將使起重機生產商和用戶節(jié)省一大筆費用。方案內容現以一臺如圖 2 所示的 HMF 680-4 型隨車液壓起重機來分析這些問題。在這臺起重機的不同位置安裝了傳感器來監(jiān)視系統(tǒng)上的不同參數值，它們都是一些起重機上很重要的不同連接位置的壓力、流量、應變參數值。實驗測試可以證實起重機性能，所以可以通過精確的模型來測試起重機的性能。為了使所含蓋的幾個問題能夠描述得更清楚，這些問題被簡略的表述如下：吊具總成圖 2 測試起重機圖片1. 分析系統(tǒng)要求說明書系統(tǒng)的執(zhí)行標準分析已被完成?；谙到y(tǒng)的這種要求連同確保系統(tǒng)的執(zhí)行的檢驗程序將被列入清單。2. 機械子系統(tǒng)模型許多技術模型已經存在，因此這些部件包括研究明確的模型局部動力學的表達方法。機械子系統(tǒng)的分析與局部模型偏差的詳細分析相同。這樣做是為了使計算的有效性能夠明確表達出來，同時使系統(tǒng)的動作在控制過程中能夠十分精確?；谶@種非常有前景的用公式表示一個數學子系統(tǒng)模型的方法已經完成，它將從起重機試驗臺的實驗結果中得到校驗。3. 液壓子系統(tǒng)模型跟機械子系統(tǒng)建模一樣，液壓子系統(tǒng)模型由液壓泵、不同的液壓閥、激勵源和液壓導管組成。然而，并不是這些都要建模，只是那些對系統(tǒng)動力學部件影響比較大的成分才建模。液壓子系統(tǒng)模型也需要用實驗的方法來證明。除此之外是否在對偏差進行補償時，系統(tǒng)中用了比重比較大的電液比例控制閥都必須被分析，即對機械結構的擺動進行分析。基于上述修正，對液壓系統(tǒng)如果有必要都要做。4.分析和標準的解決反轉運動結構起重機相對于底部有一個可以操作的特定空間，即吊具總成能達到的范圍。這是公認的起重機工作范圍。有的部位要通過不同的路線才可以達到。因此有必要在這些區(qū)域確定最佳的運動結構。有不同的參數標準，習慣上用起重機上總負荷的最小值，也就是在臨界狀態(tài)點的最小壓力值。為了做這個重要的結構壓力分析，基于實現這個運算法則的控制系統(tǒng)將進一步得到發(fā)展。5.載荷判斷方案的發(fā)展為了實現起重機結構偏轉補償，需要知道起重機承受的有效載荷。因此，有必要進行不同的載荷在線可能情況分析，這樣就可以判斷哪一個傳感器需要進行載荷復合鑒定。基于這種鑒定方案分析，可以實現最終的運算法則。6. 控制運算法則的發(fā)展基于這種機械液壓子系統(tǒng)模型，一種吊具總成位置軌跡控制的控制規(guī)律將會得到發(fā)展。這種控制規(guī)律可以保證系統(tǒng)按照吊臂頂的運動軌跡運行，并且系統(tǒng)在工作情況下保持穩(wěn)定。這包含在載荷判斷和運動學最佳參數方案的分析中。7. 控制系統(tǒng)的執(zhí)行最后系統(tǒng)的控制規(guī)律已經通過仿真試驗得出，應該實現通過處理器或者數據信號處理檢驗系統(tǒng)實物了，即測試起重機。用這種測試方法將可以實現對系統(tǒng)制定測試，到測試結束的整個過程。這種測試技術還可以對一些典型系統(tǒng)進行控制。譯文 2： 隨車液壓起重機的控制摘 要：本文主要是描述隨車液壓起重機的控制過程。這篇論文分為五個部分：需求分析，液壓系統(tǒng)以及存在的問題的分析，不同結構產生不同問題的分析，基于更加先進復雜電液比例控制閥的新技術的發(fā)展趨勢的分析。本文的研究工作是和實際的工業(yè)相結合的，比純粹的研究理論更有意義。關鍵字：隨車液壓起重機，控制策略，電液比例控制閥1.引言本文主要敘述的是對隨車起重機控制系統(tǒng)的改進方法隨車汽車起重機可以看成是一種大型柔性控制機械結構 。這種控制系統(tǒng)把操作人員的命令由機械結構變?yōu)閳?zhí)行動作。這樣定義這種控制系統(tǒng)是為了避免在設計它事產生模糊的思想這是一種通過人的命令把能量轉化成機械動作的控制系統(tǒng) 。本文所寫的就是這種控制系統(tǒng)。以這個目標為指導方針來分析怎樣設計出新的控制系統(tǒng)。文章分為五個部分：1.分析這種控制系統(tǒng)必須據有易操作性，高強度，高效性，穩(wěn)定性，安全性。2.分析目前這種操作系統(tǒng)所存在的問題。3.從不同的方面分析這種控制系統(tǒng)：不同的操作方式，不同的控制方法，不同的組織結構。4.介紹一種適合于未來工業(yè)的比較經濟的新的控制系統(tǒng)。5.分析一種據有高性能，高效率，易控制等的比較好的控制系統(tǒng)。它將成為今后研究的比較經濟高效的一種方案。2. 論文部分2.1 對控制系統(tǒng)必備條件的分析在一種新的操作系統(tǒng)開始正式投入工作之前，對這種控制系統(tǒng)據有嚴格的要求。對控制系統(tǒng)的影響有很多因素。例如：機械結構的可實行性因素，可操作性因素，效率因素，符合工業(yè)標準。工業(yè)需求必須放在第一位。這與在控制系統(tǒng)中導管破裂保護和超載保護有同等的地位。其次穩(wěn)定性要求也很重要；系統(tǒng)不穩(wěn)定就沒法正常工作。一旦穩(wěn)定性要求得以確定，控制系統(tǒng)性能要求就可以進一步確定。機械結構決定了起重機的可操作性。機械機構是隨車起重機中可以往復轉動固有頻率低的大型柔性結構。為了防止起重機振動，必須使起重機在固有頻率下工作，或者提高起重機的固有頻率。如果它的固有頻率太低或者太高，操作人員將無法給它進行操作。最后傳動效率可以在工業(yè)標準，穩(wěn)定性，執(zhí)行機構確定的基礎上得到最優(yōu)的方案。2.2 對目前這種控制系統(tǒng)的分析在設計一種新的起重機之前，研究目前起重機存在的問題是很有必要的。當前液壓隨車起重機主要存在以下三個問題：1.不穩(wěn)定性2.不經濟性3.低效性2.2.1 不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性是一個嚴重問題，他可能會損傷操作人員或者會是設備受到毀壞。當一個系統(tǒng)不穩(wěn)定時通常產生嚴重振動。為了消除當前系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，設計人員既花費了很多時間來研究又花費了很多財力設計出更加復雜的機構。如圖1所示為一種起重機，它適合于在高速下工作。但是為了可以安全的工作必須合理控制其運行速度。要提高它的控制速度又必須增加更加昂貴復雜的機械系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的參數，如溫度或壓力同樣影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個參數合理的液壓系統(tǒng)比一個設計參數不合理的液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，為了使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有時必須降低次要的參數值。2.2.2 不經濟性目前的液壓系統(tǒng)是純液壓的機械系統(tǒng)，因此如果用戶想實現一個功能，他就必須買一個能使現這個功能的液壓機械組件。因為大多數用戶又不同的使用要求，要求同一個設備可以進行升級。這就意味著這些標準設備可以人為的改造，這就增加了組件升級費用。2.2.3 低效性液體在液壓系統(tǒng)的兩個液壓缸之間流動時效率較低。這是因為大多數液壓閥都是用一個閥心來控制兩個節(jié)流口，由于這個鏈接不可能使閥芯兩側的壓力相等，因此在流出端就產生一個與液流方向相反的背壓力，同時也增加了流入端的壓力。由激勵源產生的這個背壓力與閥芯兩端的壓力差成正比的，給油缸的實際壓力沒有被有效的作用在油缸上。例如，給液壓缸的壓力為1000psi/1600psi 傳到液壓缸時就只有 0psi/600 psi 了。無論如何，這樣的話，提供的電量必須高于有效電量，這些額外的電量就被白白的浪費了2.3 控制系統(tǒng)不同的控制方法目前主要用電液比例控制閥來控制液壓閥的運動。然而對控制筒有不同的控制方法。電液比例控制閥對閥的關/開，公共汽車系統(tǒng)，電源的智能激勵，泵的調節(jié)方案控制精度都較高。必須對這種系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行分析，找出合理的方案。2.4 近期方案即使這種十分新的系統(tǒng)最佳外形的布局已經得以證明是可行的，但是起重機制造商和配件商還不能立刻就接受這種技術。這是一個漸進的過程，所以提出了一種臨時解決的方案。這種方案是由微型計算機和升縮機構組成。這種離合閥可使這種更加高效穩(wěn)定的執(zhí)行控制機構得以實現。微型計算機可以對閥進行柔性控制?？梢园堰@些變量編入軟件。這樣就消除了制造商許許多多不同的變量問題。起重機制造廠家可以根據產品功能選擇不同型號的液壓閥。配件商也將不得不生產這種型號的閥，這樣不僅降低了制造成本，而且使起重機的性能得到提高。2.5 更高效方案的分析這種分析依賴于不同布局結果，液壓泵控制的區(qū)域決定將要用的控制方法，再依次對這個區(qū)域進行分析。不同的區(qū)域將用不同的方法探討，用不同的刀具位置控制。3. 實驗設備本文的中心是研究發(fā)展中的經濟型機械控制方案的可實現問題，更多重點是先進的實驗結果。實驗結果由兩種方法獲得。第一種是通過研究單自由起重機實驗臺獲得，第二種是通過研究一臺由丹麥一家起重機廠送給英國的一所軍校的起重機獲得。如圖 1 所示圖1系統(tǒng)實驗臺 左：單自由度起重機模型 右：隨車起重機實物雖然目前這種升縮分離機構在生產商中沒有被普遍接受，但是兩分離閥將會被逐漸取代。如圖2所示是一種幅度-脈沖變換液壓缸，它是通過數字信息處理器/奔騰雙信息處理器運行程序來控制液壓閥的。由數字信號處理器運行控制代碼，奔騰處理器來判斷并提供圖形用戶界面。4. 當前工作4.1 直線軸流控琺當今市場常見的直線流控器都需要壓力補償。壓力補償器可以使閥芯突然受壓時保持恒定的壓力。但是新增加的壓力補償器會使閥的結構比簡單的隨動閥更加復雜。另一種解決方法是用流控器測量閥的壓力降來調整閥芯的位置來實現。這種想法雖然簡單，但是由于壓力傳感器和微控器的費用比較高，想普遍運用于商品上是很難的。然而目前這種利用微控器和壓力傳感器的思想對于生產商來說是可以接受的。雖然依據方程來看很簡單，但是要實現卻很難。流控器的位置精度取決于位置傳感器的精度壓力傳感器的精度。噪聲會影響位置傳感器和壓力傳感器的穩(wěn)定性。采用延時控制可以消除影響穩(wěn)定性的噪聲，這樣，超過閥的運行范圍的特征值用就不能用柏努力方程計算，應用更復雜的方程來計算。圖2升縮分離機構4.2 液壓缸控制方法根據不同的受力方向和速度方向這種液壓缸有四種工作情形。如圖3所示：多數是普通的隨動液壓閥，它這種控制方法已經在文獻中可以找到，依靠一般的測量法測液壓缸的速度位移相當復雜。它們也需要相當復雜的運算法則來控制。本文主要分析基于簡單的PI控制器和沒有嚴格速度位移要求的液壓缸的控制方法。這種系統(tǒng)的控制方法比復雜的控制方法簡單得多，由于它不需要特殊的傳感器而且容易被大多數工程師理解所以比較容易被廠商采用。在設計一種控制方法時另一種特別的控制方法也需要了解，它也是液控中常用的一種方法。移動液壓閥要求低泄漏，以前的液壓閥大們通常有很大的交迭。然而，使生產商能夠接受的這種線軸式液壓缸的驅動性能相當慢。這種具有很大交迭的重合以及激發(fā)很慢的液壓閥很難滿足現在的要求。交迭和較慢的驅動使壓力控制變得相當困難。圖 3 起重機工作的不同情形圖 4 減壓控制器新的控制方法可以用一個例子清楚簡單的描述出來。從入口端實行流控制，出口端就實現液壓力。流控制符合柏努力方程。液壓控制過程中PI控制器維持較小的壓力來提高效率并且可以防止氣穴現象。這些都是為了解決大交迭和較低的驅動所做的工作，壓力控制器僅僅能排除控制中的一點問題。這就意味著如果控制人員想提高壓力，卻不能使液壓缸移動，只能夠降低控制口的開口量。這樣做的作用只能使操作人員想改變活塞的方向時使它準時脫離零位。這種情況下外力方向和活塞運動仍然不能改變，這種方式需要改進。既然這樣，需要壓力控制器在出口變大時提供與外力方向相反的有用壓力，當已知入口端的壓力下降的時候，它可以增加與外力相反的壓力。這個壓力也受PI控制器控制，如圖4所示就是是一個這種控制系統(tǒng)的控制模型結構。在寫本文的時候這種控制的實驗已經在圖1所示的實驗臺上完成了，由于起重機上安裝了載荷單向閥，所以穩(wěn)定性沒有達到要求。然而，用液壓單向閥取代這種載荷單向閥，可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定。在液壓系統(tǒng)中，載荷閉式閥可以實現超載保護和卸載保護兩種功能。由于在這種控制方法中使用伸縮閥機構對卸載保護很起作用，因此在起升機構中很有必要使用有這種功能的單向閥。一個操作單向閥的駕駛員可以做這一點，沒有增加復雜的動力來阻止起重機的傾。安裝了這種單向閥，起重機操作人員不需要再增加更復雜的外力來防止起重機產生傾翻。5. 結束語即使沒有大量的實驗設施，但是實驗還是完成了，一個好的開始是成功的一半。這個論文題的大輪闊已經確定，它是有意義而且合理的。這個工作分為需求分析、目前的系統(tǒng)分析、不同布局分析、近期的解決辦法的分析和最優(yōu)解決方案的發(fā)展趨勢分析五個部分。在本論題的最后，液壓隨車起重機的控制模將會被修改。6. 感謝語感謝 Danfoss Fluid Power A/S為這個研究提供了部分基金。也感謝H?jbjerg Maskinfabrik (HMF) A/S愿意為這種起重機的測試提供技術上的支持開題報告： 畢業(yè)設計(論文)開題報告1. 課題的目的及意義（含國內外研究現狀）隨著國家現代化建設的飛速發(fā)展，科學技術的不斷進步，現代施工項目對汽車起重機的要求也越來越高，高、深、尖液壓技術在汽車起重機上的應用也越來越廣泛，汽車起重機液壓系統(tǒng)展示了強大的發(fā)展趨勢。汽車起重機液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉、控制、支腿六個主回路組成。 為了使起重機能夠滿足高性能、高可靠性、操作更方便、舒適、安全的要求，以及使起重機能夠向智能、高性能、靈活、適應性強、多功能、吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展方向發(fā)展，設計者不但要改進起重機的結構和提高材料的強度，更重要的是在這六個液壓系統(tǒng)上下工夫。這六個回路分別有以下發(fā)展趨勢：起升液壓系統(tǒng)工作最為頻繁。目前最常用的起升液壓系統(tǒng)為定量泵、定量或變量馬達開式液壓系統(tǒng)，然而，現代施工對起升系統(tǒng)提出了新的要求：節(jié)能、高效、可靠以及微動性、平穩(wěn)性好。為了適應這些新的要求，以前的定量泵將逐步被先進可靠的具有負載反饋和壓力切斷的恒功率變量泵所取代，先前的定量馬達或液控變量馬達也將被電控變量馬達所取代。這種系統(tǒng)將能有效的達到輕載高速、重載低速和節(jié)能的效果。變幅液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢也體現為節(jié)能高效，目前最先進的為變幅下降時充分利用吊臂和重物的重力勢能，實現重力下放，下放的速度由先導手柄來無級控制，變幅平穩(wěn)沒有沖擊。對于具有五節(jié)以下伸縮臂的伸縮液壓系統(tǒng)，國內一般采用同步或順序加同步的伸縮方式，當采用兩級油缸時，上下兩油缸實現內部溝通，一般采用插裝式平衡閥；對于具有五節(jié)以上伸縮臂的液壓系統(tǒng)，采用單缸插銷伸縮機構，這種伸縮機構自重輕，能大幅提高起重機的起重性能，能有效的控制整機的重量，通過采用多油口和多平衡閥的油路來提高伸縮的效率?；剞D液壓系統(tǒng)使用也頻繁，但相對而言，回轉所需功率最少，因而回轉系統(tǒng)的最高要求是：回轉平穩(wěn)，起重作業(yè)無側載；回轉系統(tǒng)的發(fā)展趨勢為通過小馬達、大傳動比來實現操作平穩(wěn)，通過設立回轉緩沖閥和自由滑轉機能來實現吊重的自動對中功能，從而有效防止側載的產生。機械式操縱是汽車起重機最簡單、最廣泛使用的一種操縱方式，液比例操縱系統(tǒng)也己廣泛得到使用并相當成熟，操作性能得到了很大的提高；然而，最有發(fā)展前途的還是電比例操縱系統(tǒng)，借助于計算機技術和可編程技術，汽車起重機將向智能化發(fā)展。為增大輪胎起重機在起重工作是的起重能力，起重機設有支腿。支腿要求堅固可靠，伸縮方便，在行駛時收回，工作時外伸撐地。因此，輪胎起重機的支腿必須做成可伸縮的。在老式的起重機上支腿的伸縮都是人力的，極為不便。在現代的液壓起重機中，支腿的伸縮也是液壓傳動的。目前支腿結構主要有蛙式、H 式、X 式輻射式和鉸接式五種。在對 QY40 起重機液壓系統(tǒng)設計的過程中，本人主要對這六個回路進行設計，并根據國內外起重機液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢對這六個主要回路的部分進行改進。取其精華去其不足，選擇更加合理的方案，最終設計出滿足市場需求、經濟、可靠、性能更強的中型起重機液壓系統(tǒng)。2. 主要任務：以 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)作為設計研究對象，根據總體技術指標，在確定各工作機構型式和參數的基礎上，進行液壓系統(tǒng)設計計算，并對該液壓系統(tǒng)進行分析與研究。3. 設計要求：1.繪制 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖（零號） ；2.編制 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)設計計算書；3.撰寫 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)關鍵技術研究報告。4. 設計（論文）的主要技術指標：1.整機基本參數應符合《汽車起重機基本參數》標準。2.各工作機構既能單獨單獨作業(yè)又能復合作業(yè)，其中主卷揚單獨作業(yè)時能實現合流。3.發(fā)動機功率 80KW(2500r/min),最大扭矩 300Nm(1650r/min),液壓系統(tǒng)壓力 250Mpa.4.液壓系統(tǒng)采用多泵多回路變量液壓系統(tǒng)，主、副卷揚和回轉采用閉式回路，變幅、伸縮和支腿采用開式回路。操作方式為先導伺服操作。5.所設計的汽車起重機液壓系統(tǒng)構成合理，技術性能先進，在滿足可靠性前提下具有一定的創(chuàng)新性。技術資料完整、正確。撰寫的汽車起重機液壓系統(tǒng)關鍵技術研究報告具有一定的理論性、使用性和獨創(chuàng)性。5．實現途徑及設計規(guī)劃：閱讀起重機方面的書籍（工程起重機） ，對起重機的結構、工作原理等有一定的認識；閱讀液壓傳動方面的書籍（液壓傳動及控制） ，了解各種液壓部件的工作原理及其作用，同時挑選出一些可以運用在起重機液壓系統(tǒng)上的各種液壓部件和子系統(tǒng)；查閱一些相關的國內外最新期刊，了解汽車起重機發(fā)展情況和相關技術；閱讀一些相關書籍，根據自己的知識水平，結合比較先進的技術設計出比較經濟合理的 QY40 汽車起重機液壓系統(tǒng)。4-5 周：查閱資料，撰寫實習報告，文獻綜述和譯文。5-7 周：系統(tǒng)方案和元件選擇，繪制液壓系統(tǒng)圖。8-11 周：液壓系統(tǒng)性能驗算，編制設計計算書。12 周：結合設計難點，選擇專題，資料檢索。13-16 周：撰寫液壓系統(tǒng)專題研究報告。18 周：論文答辯報告人簽名：年 月 日指導教師意見：導師簽名：年 月 日文獻綜述： 汽車式起重機液壓系統(tǒng)—技術現狀與發(fā)展趨勢摘要∶本文對目前國內外汽車起重機的發(fā)展趨勢進行了對比分析，列舉了一些國內外汽車起重機常用的新技術∶解決汽車起重機安全問題的技術；起重機電子控制技術。最后還提了自己對起重機技術發(fā)展過程的一點看法。[關鍵字] 汽車起重機 液壓系統(tǒng) 智能超載限制器 負荷傳感系統(tǒng) 載荷力矩限制器 反力感知系統(tǒng) 一、行業(yè)背景（一）國外工程汽車起重機的發(fā)展趨勢近 20 年世界工程起重機行業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎起重機)和AT(全地面起重機)產品的迅速發(fā)展，打破了原有產品與市場格局，在經濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導致世界市場進一步趨向一體化。為與 RT 和 AT 產品抗衡，汽車起重機新技術、新產品也在不斷發(fā)展。近年來汽車起重機在英、美等國市場的復興，使人們對汽車起重機產生新的認識。幾年前某些工業(yè)界人士曾預測，RT和 AT 產品的興起將導致汽車起重機的衰退。日本汽車起重機在世界各地日益流行，以及最近格魯夫、特雷克斯、林克．貝爾特、德馬泰克等公司汽車起重機的產品進展，已向上述觀念提出挑戰(zhàn)。隨著工程起重機各機種間技術的相互滲透與競爭，汽車起重機會在世界市場中繼續(xù)占有一席之地。國外工程起重機從整體情況分析，領先國內 10～20 年(不同類型產品有所不同)。隨著國外經濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應性強、多功能方向發(fā)展。25t 以下基本上不生產，產品向高附加值、大噸位發(fā)展，住友建機、多田野和加藤公司曾于 1989 年相繼推出 360t 汽車起重機。住友建機在 90 年代開發(fā)出 80t～250t 共 4 種 AT 產品。多田野也在 90 年代相繼推出100t～550t 共 6 種特大型 AT 產品。加藤公司則研制成 NK5000 型 500t 汽車起重機。行業(yè)配套也與國內有所不同：1、下車主要是 300kW 以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12 噸級驅動轉向橋及越野輪胎。2、上車：高強度材料、大扭矩的起升機構、回轉機構、回轉支承。3、液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達、電磁換向先導閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓鎖、液壓缸及管路標準配套件。4、智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。（二）國內工程汽車起重機的發(fā)展趨勢國內工程機械產品近十年來隨著技術的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產品性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外工程機械比較來看，還存在較大差距。國內工程起重機行業(yè)在 94～99 年是發(fā)展低谷，5 年中行業(yè)幾個主要的生產廠家，苦練內功，積極組織產品變型和換代，在產品外觀上下功夫。從 99 年以來，隨經濟建設新一輪啟動，工程起重機市場競爭格局發(fā)生巨大變化，各企業(yè)不斷調整思路、更新觀念、轉換機制、提高核心競爭力，努力開發(fā)產品，開拓市場。產品重心也從 8t、12t 向 16t、25t、50t 中大噸位發(fā)展，25t 增速最快，產量不斷翻新，基本占據主導地位。50t 產品由于需求面較廣，技術逐漸成熟，也大批量進入市場。20 世紀末期國內主要產品系列汽車起重機為8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t、125t。整體技術風格是：下車有全頭和半頭兩種不同風格，多年來半頭車因總體布置的方便性及價格因素一直被廣泛采用。但近年來隨著物質條件的改善，人們的生活條件和質量提高，操作方便、舒適、可靠逐漸成為用戶關注的焦點，中大噸位向全頭方向發(fā)展。上車操縱從傳統(tǒng)的機械操作向液比例和電液比例方向發(fā)展，起重吊臂也從傳統(tǒng)的三節(jié)向四節(jié)、五節(jié)方向發(fā)展，產品的起重性能和起重高度有了較大提高，產品的外觀和可靠性有了較大幅度提高。加入世貿組織后，雖然國內市場(特別是配套件)受到了較大沖擊，但同時也給我們帶來新技術的應用，使國內主機和配套件企業(yè)更清晰認識到差距，更多地了解國產產品存在的致命問題，迫使國產主機和配套件企業(yè)不得不進行技術創(chuàng)新和技術進步。經過幾年的努力，國內起重機廠家取得了巨大進步。被譽為神州第一吊的QY300輪式液壓汽車起重機2004年在中聯浦沅成功下線。它代表了中國汽車起重機制造的最高水平．填補了我國自主研制生產該類產品的空白，打破了此類產品完全依賴進口的慣例。縮短了我國起重機行業(yè)與國外的差距，但差距還很大，很多廠家主要還是靠購買國外的“落后”技術，缺乏自主研發(fā)能力。這讓國人感到擔憂。二、國內外汽車起重機液壓系統(tǒng)新技術（一）關于汽車起重機液壓系統(tǒng)安全問題的諸多研究1. 代智能超載限制器在汽車起重機中的運用第三代微電腦超載限制器(XT一Ⅲ 型)，是具有自主知識產權的國產機電一體化裝置。該裝置由主機部分和傳感器部分組成，微電腦控制，模塊化結構。安裝調試全部采用按鍵操作、大屏幕液晶點陣顯示，在參數設置及顯示上非常簡明，不用調整任何電位器，使調試變得簡單直觀，界面友好。限制器采用了數字和大規(guī)模集成電路，減少了故障，增加了抗干擾能力，從而提高了可靠性；當起重機超過額定起重量或超行程時，能自動報警并切斷起重機向危險方向運動的回路，但允許其向安全方向動作；系統(tǒng)故障自動檢測，結果顯示；低功耗(整機功耗小于10W)，數字電路全部采用CMOS芯片；黑匣子功能，自動記錄超載時間及當時的各工況參數；數據及參數顯示全部圖形漢字提示，數值準確，直觀方便，操作人員一目了然，無需操作人員熟記提示符；密碼設定功能，防止參數誤設定；通用性好，在不改變主機的情況下，只要修改軟件，就能夠滿足各種類型重機機械的要求；機內存儲了多組額定載荷曲線，滿足了各種工況無級報警要求；對傳感器的“溫度漂移”和“零點漂移”可進行自動調節(jié)補償；具有聲光報警功能。該技術現已被國內很多起重機廠家用于大型起重機上面，效果良好。2. 重機負荷傳感系統(tǒng)分析負荷傳感系統(tǒng)可分為兩大類：泵控負荷傳感系統(tǒng)和閥控負荷傳感系統(tǒng)，前者必須采用變量泵，后者可用于定量泵。目前我國所引進的日本、德國技術常用的是閥控負荷傳感系統(tǒng)。閥控負荷傳感系統(tǒng)的原理：閥控負荷傳感系統(tǒng)是由泵、負荷傳感控制閥(壓力補償閥)和可變節(jié)流口(換向閥閥口)等組成。泵提供的工作油液流經可變節(jié)流口后，形成負載壓力作用于執(zhí)行機構。負荷傳感控制閥接受負載壓力傳感信號，通過壓力補償作用保持可變節(jié)流口兩端壓差基本不變，并使系統(tǒng)壓力僅高于負載壓力一個壓差。這樣，既使得流過節(jié)流口的流量僅與節(jié)流口開度面積成正比而與負載大小無關，保證了執(zhí)行機構運動速度良好的調節(jié)性和穩(wěn)定性；又減少了系統(tǒng)激流的壓力損失，提高了系統(tǒng)效率。 負荷傳感控制閥作為負荷傳感系統(tǒng)的核心元件，有多種結構類型。在加藤、多田野和利勃海爾汽車起重機閥控負荷傳感系統(tǒng)中，采用了定差勝流閥式、優(yōu)先分流閥式及其組合形式。圖1負荷傳感控制閥壓力補償作用原理圖1為定差溢流閥和優(yōu)先分流閥的壓力補償作用原理圖。如圖中所示，當可變節(jié)流口(換向閥閥口)FC處于某一開度位置， 定差溢流閥及RC或優(yōu)先分流閥PF達到平衡狀態(tài)時，FC兩端壓差△Pt(Po—Pr或P1—Pr)對閥芯所產生的液壓作用力與閥芯左端彈簧力將保持平衡。來自泵的工作油液(Po)一部分直接或經閥口h1去FC支路，另一部分剩余油液經閥口h2去油箱或旁通支路(Pz)。若FC支路負載壓力Pr隨執(zhí)行機構負載增加(減小)時，閥芯右移(左移)，減小(增大)閥口h2和增大(減小)閥口h1，結果系統(tǒng)壓力Po和優(yōu)先支路壓力Pl增加(減小)，于是閥芯重新平蘅在一個新的閥口位置處。由于彈簧設計得較弱，且閥芯平衡位置變化的位移量很小，因此彈鱉力的變化可以忽略不計，從而保證與彈簧力相平衡的換向閥節(jié)流口FC兩端壓差將基本上保持不變。同時，系統(tǒng)壓力僅略高于負載壓力。對定差溢流閥而言，系統(tǒng)壓力Po高于負載壓力Pr一個定值，即由彈簧設定的換向閥節(jié)流口兩端壓差△Pt對優(yōu)先分流閥而言，優(yōu)先支路壓力P1=Pr+△Pt;系統(tǒng)壓力Po則略高于支路壓力P1與P2中的大者。3. 重機的拘停保護起重機電動機的控制接觸器常常是密集通斷的，因此易發(fā)生觸頭熔焊故障。當起重機在運行過程中需要準確定位或緊急停止時，如果因觸頭熔焊導致起重機拒停，就有可能發(fā)生碰撞事故。為解決這個問題，提出一個起重機升降機構拒停保護設計。圖2 QRIS型控制柜拘停保護設計從三個方面著手解決這個問題，其一是接觸器觸頭熔焊導致其動作不合邏輯，這可增加一個中間繼電器來判斷；其二是為避免接觸器、繼電器動作競爭導致保護誤起動，為此拒停保護設置短暫延時，即需要一個時間繼電器；第三是一旦接觸器拒跳時，由總斷路器分勵脫扣動作執(zhí)行保護。從電氣角度看，防止起重機拒停的關鍵措施是監(jiān)視制動器接觸器觸頭是否熔焊。圖2是QRIS型升降機構控制柜采用拒停保護的設計電路圖。這個設計電路由三個環(huán)節(jié)構成。第一個是監(jiān)視環(huán)節(jié)，由與制動器接觸器K07線圈并聯的中間繼電器構成，K07與K1 正常情況下是同步動作的。如果K7因觸頭熔焊不能釋放，那么兩者動作就不一致，這就將起動延時環(huán)節(jié)。第二環(huán)節(jié)，即延時環(huán)節(jié)是借用原設計中的K03時間繼電器，由并聯的K7 常閉接點和K07常開接點控制。K7、K07 并聯接點在正常情況下總是接通的，只有在停止時K7觸頭發(fā)生熔焊的情況下并聯接點才斷開。K03時間繼電器通電立即吸合，斷電延時釋放，延時0.6s，因此只要控制電路一得電，K03立即吸合。而且主令控制器S40 。在起動、停止的切換過程中，即使K7、K07 接點動作競爭，瞬時斷開 線圈回路，K03延時閉合的常閉接點仍保持斷開，因此K7、K07 并聯接點接入 K03線圈回路不會影響K03 的正常工作。在未接入并聯接點前，只有在主令控制器轉到上升2擋或下降3擋后，因加速級接觸器K42得電，K42常閉接點斷開，K03才斷電釋放，其常閉接點延時閉合，使加速級接觸器K41能夠吸合，切除第3級起動電阻。在主令控制下降2擋一0擋一上升1擋之間切換時，由于主令控制器17、18和19、20接點均是斷開的，加速級接觸器K42不能吸合，K03不可能斷電，此時常閉接點也不起作用，即K03在升降機構起動和停止階段實際上是不工作的。而拒停保護正是工作在起重機停止和起動階段，因此可以在K03不工作的時間將其借來為拒停保護工作，為此，在K03線圈回路中插入并聯接點。一旦因K7觸頭熔焊導致起重機拒停，并聯接點立即斷開，K03繼電器斷電，其常閉接點經0．6s延時后閉合，接通總斷路器Q0的分勵脫扣線圈YA—OFF，使總斷路器跳閘，升降機構制動器斷電制動，達到拒停保護的目的。第三個環(huán)節(jié)是拒停保護起動環(huán)節(jié)，它由K03延時閉合的常閉接點、K7常開接點、K07常閉接點與總斷路器分勵脫扣線圈串聯而成。總斷路器剛合閘的瞬間，K07的常閉接點尚未斷開，為此必須在串聯電路中接入K7常開接點，否則將導致分勵脫扣線圈得電，使總斷路器剛合閘就立即跳閘。K07常閉接點的作用是防止K03在執(zhí)行原設計的功能，即延時切除第3級起動電阻時，導致總斷路器誤跳閘。因為在起重機加速階段，K07常閉接點是斷開的，因此分勵脫扣線圈不會因K03常閉接點閉合而得電，導致誤跳閘。如果起重機起動前制動接觸器K7觸頭已經熔焊，那么一合上總斷路器Q0由于并聯接點斷開，使K03處于斷電狀態(tài)，K03常閉接點閉合，而此時K7常開接點、K07常閉接點均閉合，這樣分勵脫扣線圈得電，使剛合上的總斷路器立即跳閘，阻止起重機在不能制動的狀態(tài)下起動，消除了事故隱患。為檢修安全，將原設計中升降機構控制電源的轉換開關Q3由二極改為四極，這樣Q3斷開時，就切斷了升降控制電路與總斷路器分勵脫扣電路的連接，確保升降控制電路完全斷電。Q3可以選用HZ5—10型四極組合開關。因利用了原設計中的時間繼電器，起重機升降機構的拒停保護只需要增加一個中間繼電器，并將一個二極組合開關改為四極組合開關，所需費用不大。(二) 起重機電子控制技術為了提高工程起重機作業(yè)效率、減輕勞動強度、防止事故、保障人身和設備安全，采用了多種多樣的控制裝置。操縱與控制已成為起重機的重要問題。要解決操縱與控制問題，僅靠機械和液壓是很不夠的，因為操縱與控制實際上是信息處理問題。機械和液壓信息處理能力低，控制性能差，必須引進信息處理能力強、控制性能良好的電子技術?，F就當前工程起重機上采用得電子控制裝置作一一概述。1. 載荷力矩限制為了防止由于過大的載荷所引起的傾翻和折臂等事故，在工程起重機上設置了載荷力矩限制器。微機控制力矩限制器的工作原理如如 3 所示。它是由吊臂角度，長度，起重量，支腿跨矩等檢測裝置，微機控制裝置，顯示，報警及執(zhí)行機構組成。其基本工作原理是，由檢測裝置通過傳感器將吊臂的長度，角度，支腿跨矩等信號，送如微機控制裝置。微機控制裝置計算出在當前的情況下，起重機允許起吊的最大重量，與傳感器測出的起重機實際起吊重量進行比較，如果實際起吊重量達到允許起吊重量的 90%，則微機系統(tǒng)通過顯示器和蜂音器發(fā)出預報警，提醒操作人員小心操作。當比值達到 100%時，微機系統(tǒng)通過顯示器和蜂音器指示作業(yè)人員停止當前作業(yè)并通過執(zhí)行機構限制起重機只能進行安全方向操作，停止一切危險方向的操作。圖 3 微機控制力矩限制器原理簡圖2. 反力感知系統(tǒng)起重作業(yè)時，作業(yè)人員用眼睛往往不能正確估計吊重的重量，特別目前采用先導液壓操縱，減輕了操縱力在操縱時荷重的變化，載荷的起吊下落等情況，司機沒有手感，在進行建筑構件吊裝和機器設備安裝時感到操縱困難。為此，在有些起重機采用了電子感知系統(tǒng)。裝置了反力感知系統(tǒng)后，由于有負荷力反饋，司機在操縱桿上可感知吊重的大小，有助于高精度微動操縱。同時可避免由于起吊過猛，吊重擺動等原因引起的人身和設備事故。反力感知系統(tǒng)如圖 4 所示?；竟ぷ髟硎菣z出卷揚馬達的壓力，通過控制器發(fā)出控制電信號，控制電液比例閥產生相應的液壓，作用于反力活塞上，使操縱桿上產生負荷反力感覺。圖 4 反力感知系統(tǒng)反力感知系統(tǒng)可以通過反力設定裝置，根據司機的個人特點和作業(yè)類型來設定反力的大小，當認為不需要時，還可以將反力感知系統(tǒng)解除。3. 防碰撞控制工程起重機在狹窄的場地工作時，需要控制其作業(yè)范圍，即限制起重機的旋轉及度及動臂伸縮和變幅范圍。常采用示教再先方式來進行控制，先由操作人員按允許工作范圍操作一遍，由危機系統(tǒng)記下其軌跡，通過此方式設定作業(yè)范圍。防碰撞控制裝置的原理如圖5 所示。也可用超聲波障礙物檢測裝置來實現房碰撞控制。其工作原理如圖 6 所示。圖 8 自動水平移動圖 5 防碰撞控制裝置原理圖圖 6 超聲波障礙物檢測裝置為了防止碰撞高壓線，引起觸電事故和造成供電故障，采用接近高壓線自動報警裝置，如圖 7 所示。圖 7 接近高壓線自動報警裝置原理圖檢測裝置一般采用球形電極，通過靜電感應，檢測電網的電聲強度，然后將微弱信號經前置放大后，通過靈敏度裝換處理得出與電網的距離，再與控制基準比較，輸出相應的控制信號。4. 吊重控制裝置在高層建筑和高架道路的建設工程中，為了提高作業(yè)效率，縮短工期，使操作簡便和提高安全性，常采用以下吊重控制裝置——自動水平移動控制裝置。在起重作業(yè)中往往需要吊重作水平移動，通常是靠司機操作技術來實現的，司機目視吊重的高度，同時操縱變幅和起升兩個手柄，又要觀察注意周圍情況，操作難度相當大。采用自動水平移動控制裝置，只需操縱動臂變幅一個操縱桿，就能平穩(wěn)、迅速作高精度的水平移動，如圖 8 所示。自動水平移動控制裝置的組成如圖 9 所示。由傳感器，操縱裝置控制微機和電液變換執(zhí)行裝置等組成。傳感器包括：角度檢測器檢出住臂或副臂的角度；旋轉編碼器檢測住卷筒或副卷筒的轉動量；壓力檢測器檢出住臂變幅操縱閥的先導操縱壓力，作為前反饋輸入控制微機；發(fā)動機轉速傳感器檢出發(fā)動機轉速，根據發(fā)動機轉速來改變系統(tǒng)的增益。由主臂角度可算出主臂上支點的高度，為保持吊圖 11 電子多路信號傳遞示意圖重水平移動可算出起升卷筒所需的轉動量，來控制卷筒的轉動，與旋轉編碼器測得的卷筒實際轉動量作比較進行修正。壓力前反饋和根據發(fā)動機轉速來改變曾益的目的，是為了得到高精度平穩(wěn)的水平移動。此裝置采用手動優(yōu)先原則，主要起升卷筒一操縱，就自動地從自動切換至手動，當突然遇到障礙物時可避開。圖 9 自動水平移動控制裝置組成另外為了防止起吊時側位，產生吊重搖擺而引起翻車、碰撞和折臂等事故，采用吊重中心追隨控制機構，如圖 10a 所示，只要按一下卷筒操縱桿的按鈕，就能實現吊重中心自動追隨。還有旋轉急停和旋轉緩停轉換控制裝置(圖 10b 和圖10c)等圖 10 吊重中心追隨和旋轉控制機構5. 多路信號傳送裝置在單司機室的越野起重機上，一個技術上困難問題是如何在有相對運動的上下之間傳遞大量的操縱控制信息（多達幾十個） 。駕駛室在上車，而發(fā)動機，變速器，轉向，制動和支腿等在下車，如何操縱和來控制它們，解決的辦法是盡量將液壓控制信號改為電控制信號，同時為了減少通路，希望一條通路傳遞多路信號，這就需要利用微機電子技術，其原理如圖 11 所示。 除了上述介紹的電子控制裝置以外，還有許多控制裝置。在發(fā)動機，泵和閥的控制方面：需要適應負載變化和多個液壓作動器同時動作復合操作時的功率控制，實現高載低速和減輕高速，與發(fā)動機功率相匹配，充分發(fā)揮發(fā)動機功率；微機操作時發(fā)動機和泵的控制，與負載無關和同時動作十相互無干擾，僅取決于手柄操縱的速度控制，以改善其操縱性能；帶負載感應補償的節(jié)能控制，降低燃料消耗量。目前這些方面還大量采用液壓控制，可以預計不久將來將被控制性能優(yōu)越的電子控制所取代。另外。這些控制系統(tǒng)目前大多是發(fā)動機，泵和閥分開單獨控制，今后預計將實現聯合控制。在全路面起重機和越野起重機上，目前已有不少采用了微機控制自動換檔變速器。另外，還有電子監(jiān)視和故障自動診斷裝置等?？傊?，可以說操縱與控制，起重機內的信息處理已成為當前起重機進一步發(fā)展的焦點。雖然目前電子控制尚存在不少為體，例如傳感器技術和電液轉換技術收納感不夠成熟，微機控制系統(tǒng)的抗干擾，包括電磁輻射干擾，溫度，濕度，振動和沖擊等引起的環(huán)境干擾，確實電子控制的可能性尚存一定問題，但是電子控制是不抗拒的技術潮流，機電信一體化是工程機械產品更新換代的必然發(fā)展方向。三、展望未來目前起重機的控制系統(tǒng)主要是機械液壓控制，隨著電液比例控制技術和電子技術在控制系統(tǒng)中的比重越來越大以及它的優(yōu)越性，電液控制將是主要發(fā)展潮流。隨著液壓元件、微機技術和信息技術的不斷發(fā)展，智能液壓起重機即將出現。那時這種“巨人”可以替代人們做更多的繁重工作，為人類的發(fā)展起到無法估計的作用。參考文獻[1] 顧迪民 主編·工程起重機·［M］·中國建筑工業(yè)出版社（第二版）[2] 朱新才 主編·液壓傳動與控制·［M］·重慶大學出版社[3] 周士昌 主編 ·液壓系統(tǒng)設計圖冊·［M］·機械工業(yè)出版社[4] 揚國平 劉忠 主編·現代工程機械液壓與液力實用技術·［M］·人民交通出版社[5] 趙顯新 主編·工程機械液壓傳動裝置原理與檢修·［M］·遼寧科學技術出版社 [6] 羅蓉、劉琦、李斌貴 供稿 ·第三代智能超載限制器·［J］·三峽大學職業(yè)技術學院 2004．09—04[7] 王慶豐 魏建華 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