輪式起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含SW三維及9張CAD圖,輪式,起重機(jī),液壓缸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),sw,三維,cad 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(cāng)庫(kù)、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(chǎng)靈活，從而方便快捷，所以進(jìn)幾年我國(guó) 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(jiǎn)便快捷。準(zhǔn)備工作步驟簡(jiǎn)單和時(shí)間較短，貨物裝卸簡(jiǎn)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(shì) 國(guó)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(cè)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(guó)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(guó)輪式起重機(jī)的生產(chǎn)起步較晚，70 年代末，全國(guó)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??；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(zhǎng)趨勢(shì)。目前，全國(guó)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(guó)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(zhǎng)治清華機(jī)械廠等，民營(yíng)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(zhǎng)，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(cè)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(zhǎng)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 t·m ，最長(zhǎng)主臂的起重力矩為85 t·m ； 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(guó)內(nèi)外輪式起重機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[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. 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A Monte Carlo simulation approach to the availability assessment of multi state systems operational dependencies[J]．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(cāng)庫(kù)、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(gòu)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(cè)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(guó)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(guó)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(cè)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(cè)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(zhǎng)，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(shì)、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)。 指導(dǎo)老師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究?jī)?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 審核意見 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