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摘 要 本文對QY40型汽車起重機五個主要運動機構的動作進行了分析，再根據(jù)五個動作設計出五部分液壓系統(tǒng)油路，完成了整機的系統(tǒng)液壓原理圖。根據(jù)機械性能參數(shù)和液壓性能參數(shù)進行了液壓元件的選擇計算，并完成了汽車起重機支腿力學分析和支腿垂直伸縮油缸的結構設計，最后對液壓系統(tǒng)進行性能驗算。 關鍵詞：汽車起重機；液壓系統(tǒng)；支腿液壓缸；三聯(lián)齒輪泵 Abstract This paper QY40 type truck crane five main sports agency action is analyzed . According to five action designed to five parts hydraulic system lines ,Completed the machine system hydraulic principle diagram. According to the mechanical performance parameters and hydraulic performance parameters for the hydraulic components choice calculation ,And comp- leted the truck crane branch leg mechanics analysis and a leg vertical telescopic oil cylinder str- ucture designing. Final performance of hydraulic system checked. Keyword:Truck crane；Hydraulic system；A leg hydraulic cylinder；Sanilan gearp pump 目 錄 摘 要 i Abstract ii 1 緒論 1 1.1 起重機簡介 1 1.1.1 起重機的種類 1 1.1.2 汽車起重機的原理 2 1.2 起重機發(fā)展史 3 1.2.1 汽車起重機的國外發(fā)展史 3 1.2.2 汽車起重機國內(nèi)發(fā)展史 4 1.3 研究思路及方案 5 2 汽車起重機主要運動機構分析 6 2.1 QY40型汽車起重機性能參數(shù)要求 6 2.2 QY40型汽車起重機主要機構分析 6 2.2.1 伸縮機構分析 6 2.2.2 回轉機構分析 8 2.2.3 變幅機構分析 10 2.2.4 支腿機構分析 10 2.2.5 起升機構分析 12 3 汽車起重機液壓回路的初步設計 14 3.1 伸縮回路設計 14 3.1.1 性能要求 14 3.1.2 功能實現(xiàn)及工作原理 14 3.2 回轉回路設計 15 3.2.1 性能要求： 15 3.2.2 功能實現(xiàn)及工作原理： 15 3.3 變幅回路設計 16 3.3.1 性能要求 16 3.3.2 功能實現(xiàn)及工作原理 16 3.4 支腿回路設計 18 3.4.1 性能要求： 18 3.4.2 功能實現(xiàn)及工作原理 18 3.5 起升回路設計 20 3.5.1 性能要求 20 3.5.2 功能實現(xiàn)及工作原理： 20 4 液壓系統(tǒng)設計計算 22 4.1 QY40型汽車起重機液壓系統(tǒng)工作原理圖： 22 4.2 系統(tǒng)工況表 23 4.3 支腿收放機構計算 23 4.3.1 支腿支撐位置的確定 23 4.4 支腿油缸的受力計算 25 4.5 支腿油缸主要幾何的計算 25 4.5.1 缸筒內(nèi)徑計算 25 4.5.2 活塞桿直徑d計算 26 4.5.3 活塞桿強度驗算 26 4.5.4 穩(wěn)定性驗算 27 4.5.5 缸筒壁厚的計算 27 4.5.6 缸筒外徑計算 28 4.5.7 缸底厚度計算 28 4.6 根據(jù)液壓缸運動速度要求，定支腿回路流量和相關閥的型號 29 4.7 支腿液壓缸結構設計 29 4.7.1 缸體材料 29 4.7.2 缸筒和缸蓋 29 4.7.3 活塞和活塞桿 30 4.7.4 排氣裝置 30 4.7.5 緩沖裝置 30 4.7.6 最小導向長度的確定 31 4.8 其它液壓元件的計算選擇 31 4.8.1 起升馬達的計算和選擇 31 4.8.2 液壓泵的選擇 33 4.8.3 其他液壓回路液壓閥選擇 33 4.9 油路的通徑 34 4.9.1 油路的通徑計算參數(shù) 34 4.9.2 卷揚油路 34 4.9.3 回轉工作管路 35 4.9.4 伸縮回路管路 35 4.9.5 變幅回路管路 35 4.9.6 支腿回路管路 35 5 液壓系統(tǒng)性能驗算 37 5.1 管路系統(tǒng)容積效率及壓力效率計算 37 5.1.1 容積效率 37 5.1.2 壓力效率 37 5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗算 38 5.3 工作循環(huán)周期T 38 5.3.1 起升工序 38 5.3.2 回轉工序 39 5.3.3 變幅工序 39 5.3.4 下降工序 39 5.3.5 空載回轉 39 5.3.6 裝載工序 39 5.3.7 伸縮工序 39 5.4 油泵損失所產(chǎn)生的熱能H 39 5.4.1 主卷揚產(chǎn)生的熱量 39 5.4.2 回轉泵產(chǎn)生的熱量 40 5.4.3 馬達產(chǎn)生的熱量 40 5.4.4 起升馬達產(chǎn)生的熱量 40 5.4.5 回轉馬達產(chǎn)生的熱能 40 5.4.6 管路產(chǎn)生的熱量 40 5.4.7 系統(tǒng)的總發(fā)熱量 40 5.5 油箱散熱量 40 參考文獻 42 致 謝 43 43 1 緒論 1.1 起重機簡介 1.1.1 起重機的種類 中國古代灌溉農(nóng)田用的桔是臂架型起重機的雛形。14世紀，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅動的轉動臂架型起重機。19世紀前期，出現(xiàn)了橋式起重機；起重機的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金屬材料制造，并開始采用水力驅動。19世紀后期，蒸汽驅動的起重機逐漸取代了水力驅動的起重機。20世紀20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機工業(yè)迅速發(fā)展，以電動機或內(nèi)燃機為動力裝置的各種起重機基本形成。 到目前可分為 （1）輕小型起重設備 輕小型起重設備的特點是輕便、結構緊湊，動作簡單，作業(yè)范圍投影以點、線為主。輕、小型起重設備，一般只有一個升降機構，它只能使重物作單一的升降運動。屬于這一類的有：千斤頂、滑車、手（氣、電）動葫蘆、絞車等。電動葫蘆常配有運行小車與金屬構架以擴大作業(yè)范圍。 （2）橋式起重機 橋式起重機的特點是可以使掛在吊鉤或其他取物裝置上的重物在空間實現(xiàn)垂直升降或水平運移。橋式起重機包括：起升機構，大、小車運行機構。依靠這些機構的配合動作，可使重物在一定的立方形空間內(nèi)起升和搬運。橋式起重機、龍門起重機、裝卸橋、冶金橋式起重機、纜索起重機等都屬此類。 （3）臂架式起重機 　　 臂架式起重機的特點與橋式起重機基本相同。臂架式起重機包括：起升機構、變幅機構、旋轉機構。依靠這些機構的配合動作，可使重物在一定的圓柱形空間內(nèi)起重和搬運。臂架式起重機多裝設在車輛上或其他形式的運輸（移動）工具上，這樣就構成了運行臂架式旋轉起重機。如汽車式起重機、輪胎式起重機、塔式起重機、門座式起重機、浮式起重機、鐵路起重機等。 　　 （4）升降機 升降機的特點是重物或取物裝置只能沿導軌升降。升降機雖只有一個升降機構，但在升降機中，還有許多其他附屬裝置，所以單獨構成一類，它包括：電梯、貨梯、升船機等。除此以外，起重機還有多種分類方法。例如，按取物裝置和用途分類，有吊鉤起重機、抓斗起重機、電磁起重機、冶金起重機、堆垛起重機、集裝箱起重機和援救起重機等；按運移方式分類，有固定式起重機、運行式起重機、自行式起重機、拖引式起重機、爬升式起重機、便攜式起重機、隨車起重機等；按驅動方式分類，有支承起重機、懸掛起重機等；按使用場合分類，有車間起重機、機器房起重機、倉庫起重機、貯料場起重機、建筑起重機、工程起重機、港口起重機、船廠起重機、壩頂起重機、船上起重機等。 1.1.2 汽車起重機的原理 一般汽車起重機由支腿機構、回轉機構、伸縮機構、變幅機構、起升機構所組成，其機構如下圖所示： 圖1-1 汽車起重機機構簡圖 根據(jù)以上機構運動要求，其相應的液壓系統(tǒng)分為支腿回路、回轉回路、伸縮回路、變幅回路、起升回路所組成，其各機構完成的動作和功能如下： （1）支腿回路 汽車起重機的底盤前后各有兩條支腿，每一第支腿由一個液壓缸驅動。兩條前支腿和兩條后支腿分別由三位四通手動換向閥A和B控制其伸出或縮回。每個液壓缸的油路均設有雙向鎖緊回路，以保證支腿被可靠地鎖住，防止在起重作業(yè)時發(fā)生“軟腿”現(xiàn)象或行車過程中支腿自行滑落。 （2）回轉回路 回轉機構采用液壓馬達作為執(zhí)行元件。液壓馬達通過蝸輪蝸桿速箱和一對內(nèi)嚙合的齒輪來驅動轉盤。轉盤轉速較低，每分鐘僅為1~3轉，故液壓馬達的轉速也不高，就沒有必要設置液壓馬達的制動回路。 （3）伸縮回路 起重機的吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套在基本臂之中，用一個三位四通手動換向閥D控制的伸縮液壓缸來驅動吊臂的伸出和縮回。為防止因自重而使吊臂下降，油路中設有平衡回路。 （4）變幅回路 吊臂變幅就是用一個液壓缸來改變起重臂的角度。變幅液壓缸由三位四通手動換向閥E控制。同樣，為防止在變幅作業(yè)時因自重而使吊臂下落，在油路中設有平衡回路。 （5）起降回路：起降機構是汽車起重機的主要工作機構，它是一個由大轉矩液壓馬達帶動的卷揚機。在液壓馬達的回油路中設有平衡回路，以防止重物落下。此外，在液壓馬達上還設有由單向節(jié)流閥和單作用閘缸組成的制動回路，使制動器張開延時而緊閉迅速，以避免卷揚機起停時發(fā)生溜車下滑現(xiàn)象。 1.2 起重機發(fā)展史 1.2.1 汽車起重機的國外發(fā)展史 輪式起重機最初是以誕生于1869年的蒸汽軌道式起重機發(fā)展而來的，經(jīng)歷了軌道式、實心輪胎式、充氣輪胎式的發(fā)展變化過程。 由于輪式起重機具有機動靈活、操作方便、效率高等特點，在二戰(zhàn)后修復戰(zhàn)爭創(chuàng)傷和經(jīng)濟建設中得到廣泛應用。早期的輪式起重機大多采用機械傳動的桁架式臂架。隨著60年代中期液壓技術的發(fā)展，液壓伸縮臂輪式起重機得到迅速發(fā)展。到80年代末，中小噸位的輪式起重機己多數(shù)采用液壓伸縮式臂架，僅有一部分大噸位汽車起重機仍采用桁架式臂架。 20世紀60年代末期，隨著大型建筑、石油化工、水電站等大型工程的發(fā)展，對輪式起重機的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于當時液壓技術、電子技術、汽車工業(yè)的發(fā)展及新型高強度鋼材的不斷出現(xiàn)，使輪式起重機開始向大型化發(fā)展，并且在普通輪胎式起重機的基礎上開發(fā)出越野輪胎起重機，隨后又開發(fā)出全路面起重機。全路面起重機綜合了汽車起重機高速行駛和越野輪胎起重機吊重行走及高通過性的特點，在近20多年得到很大發(fā)展。 1.2.2 汽車起重機國內(nèi)發(fā)展史 1958年，北起在K32型基礎上改進設計的Q51型5噸汽車起重機，批量生產(chǎn)后擴散到全國多家工廠生產(chǎn)，同年8月正式改名為北京起重機器廠。1960 年，改進設計的機械傳動Q81型8噸汽車起重機以及100噸橋式起重機試制成功，Q51型5噸汽車起重機出口援外，開始了中國汽車起重機的出口歷史。 ? ? 1963年3月，徐州重型機械廠（徐工集團前身）生產(chǎn)的第一臺Q51型5噸汽車起重機下線。1964年，北起開始研制液壓元件，為生產(chǎn)液壓式起重機打下基礎。1966年，根據(jù)“三線建設”的方針，北起廠一分為二，將235臺設備，約2600名生產(chǎn)技術骨干及家屬，全套起重機技術圖紙，配套地運往四川瀘州，僅用了一年時間就建立起當?shù)刈畲笠?guī)模的國營企業(yè)——長江起重機器廠。1968年，Q84型8噸液壓汽車起重機試制成功，這是我國自行研制的第一臺液壓式汽車起重機。1976年，北起與長沙建設機械研究所聯(lián)合，試制成功QD100型100噸桁架臂式汽車起重機，并應用在唐山大地震搶險中。 從2004年開始，隨著中國經(jīng)濟崛起，電力、石化、鋼鐵、交通基礎設施進入建設高潮。國內(nèi)履帶式挖掘機市場快速膨脹。有實力的企業(yè)全力加大了對履帶起重機的研發(fā)投入，撫順挖掘機制造有限責任公司于2005-2006年年間，先后推出了250噸和350噸履帶起重機，徐州重型機械有限公司2005年推出 300噸履帶起重機。除了以上兩家國內(nèi)原有的履帶起重機生產(chǎn)廠家外。2004年上海三一科技有限公司加入了履帶起重機制造商的行列，陸續(xù)推出50噸、80 噸和150噸履帶起重機，2006年又推出400噸履帶起重機。2004年底，中聯(lián)重科浦沅分公司推出200噸履帶起重機，此后又陸續(xù)推出70噸、100 噸、160噸和50噸履帶起重機。至此，國內(nèi)履帶起重機已有35-400噸十幾個型號，形成了較為全面的產(chǎn)品型譜。撫挖、徐重、三一、中聯(lián)浦沅成為主要生產(chǎn)企業(yè)。 1.2.3 汽車起重機的國內(nèi)外的發(fā)展趨勢 （1）采用國際化配套，對系統(tǒng)性要求較高的液壓元件如泵、閥、馬達等采用國際化配套可提高產(chǎn)品的可靠性，另外，國外使用成熟、量大價廉的元件在國內(nèi)也廣泛使用。 （2）采用卡套式接頭，由于卡套式接頭在控制系統(tǒng)污染、防泄露等方面具有很強的優(yōu)越性，使用卡套式接頭能大大減少故障率和早期反饋率。 （3）在系統(tǒng)中設計速度分檔，由于不同施工項目的不同要求，對起重機各動作速度的要求也不一樣，速度分檔技術也應運而生，設計不同的速度檔位，以適用不同工況的要求。 （4）廣泛使用高度集成的、模塊化閥組，能簡化管路，有效的減少液組，提高效率，同時易于維護。 （5）向計算機技術領域的縱深滲透，汽車起重機將向無線遙控技術、遠程診斷服務技術、黑匣子自我保護技術等方向發(fā)展，為了實現(xiàn)整機的功能，液壓技術將同計算機技術相互滲透，共同發(fā)展 1.3 研究思路及方案 本課題主要針對汽車起重機的功能、組成和工作特點，結合國內(nèi)外汽車起重機的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，設計一款能夠適應國內(nèi)外工程建設的中型汽車起重機（QY40）液壓系統(tǒng)。在設計本機液壓系統(tǒng)時，在明確設計任務和設計要求，不要偏離題目；仔細研究設計方案，理清設計思路，使設計過程清晰化，這兩點的基礎上。進行以下研究工作： 對各工作機構液壓回路進行設計，對個回路的組成原理和性能進行分析。 根據(jù)本機液壓系統(tǒng)工作參數(shù)和各機構主要參數(shù)對液壓系統(tǒng)進行設計計算，根據(jù)液壓系統(tǒng)要求，對主要液壓元件進行選擇。 液壓元件選好以后需要對特定回路進行性能計算，其中包括系統(tǒng)特定回路功率計算，特定回路性能驗算以及對整個系統(tǒng)的發(fā)熱進行驗算。  2 汽車起重機主要運動機構分析 2.1 QY40型汽車起重機性能參數(shù)要求 最大起重量40噸； 最大起重力矩600 k N·m 最高提升速度=10； 基本臂長 10.5m 最長主臂長 32.55m 最大起升高度 基本臂：11.2m 伸縮臂：32.8m 發(fā)動機型號SC8DK230Q3 發(fā)動機額定功率 170/2200Kw/(r/min) 發(fā)動機額定扭矩 830/1400N.m/(r/min) 發(fā)動機額定轉速 2200r/min 以上參數(shù)在下述計算中不再標出。 2.2 QY40型汽車起重機主要機構分析 一般汽車起重機主要液壓機構有：支腿機構、回轉機構、伸縮機構、變幅機構、起升機構所組成。 2.2.1 伸縮機構分析 主要動作：伸長—保持—縮回 特點：操作簡單，起升噸位大。 （1)一般有三種伸縮方式：順序伸縮、同步伸縮和獨立伸縮。 順序伸縮是指各節(jié)伸縮臂按一定先后次序完成伸縮動作。為了使各節(jié)伸縮臂伸出后的起重能力與起重機的起重特性相適應，伸臂順序與縮臂順序相反。 獨立伸縮是指各節(jié)伸縮臂無關聯(lián)地獨立進行伸縮動作。顯然，獨立伸縮機構同樣也可以完成順序伸縮同步伸縮的動作。 同步伸縮是指各節(jié)伸縮臂以相同的行程比率同時伸縮。 （2）驅動形式： 臂架伸縮機構的驅動形式有機械式、液壓式和復合式三種。 機械式驅動裝置構造簡單，一般只能在吊鉤空負荷時使臂架伸縮，而且只用于有一節(jié)伸縮臂的小噸位起重機上。臂架伸縮的驅動型式有鋼繩卷筒驅動、齒輪條驅動，或者利用其它工作機構驅動。 液壓驅動是吊臂伸縮機構的主要驅動型式。設計相應的伸縮液壓缸和油路，可以實現(xiàn)臂架的各種伸縮方式 復合式驅動由伸縮液壓缸和機械傳動裝置組成，油缸的數(shù)目和作用方式視活動臂節(jié)數(shù)而定。機械傳動裝置通常才用鋼繩或鏈條滑輪組。鋼繩滑輪組的缺點是，鋼繩伸長量大，而且有可能跳槽，張緊度調(diào)整不當時，伸縮運動不平穩(wěn)，使用中的維護工作量增加。鏈條滑輪組雖然能克服上述部分缺點，但重量大。目前以鋼繩滑輪組使用較多 起重臂伸縮機構主起重臂是由鋼板焊制的箱形結構，共三節(jié)（基本臂、二節(jié)臂、三節(jié)臂），全動力同步伸縮，全部伸出時臂長24.5m，全部縮回時臂長10.2m。起重機伸縮機構工作原理如圖所示。 1、8-滑輪 2-伸臂鋼絲繩 3-二節(jié)臂 4-伸縮液壓缸 5-伸縮鋼絲繩固定點 6-基本臂 7-伸縮鋼絲繩 9-三節(jié)臂 10-縮臂鋼絲繩固定點 圖2-1 伸縮臂架原理圖 二節(jié)臂采用一個單級雙作用液壓缸實現(xiàn)伸縮。液壓缸倒置安裝活塞桿端頭用銷軸固定在基本臂根部，液壓缸中部鉸點將缸體聯(lián)接在二節(jié)臂后端。因此，當從活塞桿端頭通入壓力油后，二節(jié)臂隨同液壓缸體一同伸出或縮進 三節(jié)臂采用鋼絲繩系統(tǒng)進行伸縮。伸臂鋼絲繩一端固定在基本臂前端一側，然后穿過立裝在二節(jié)臂前端同一側的滑輪及平裝在三節(jié)臂后端的滑輪，再穿過立裝在二節(jié)臂前端另一側的滑輪，最后固定在基本臂前端另一側。縮臂鋼絲繩一端固定在基本臂前端，然后穿過固定在基本臂前端及二節(jié)臂尾部的導向滑輪，再固定在三節(jié)臂尾部。這樣，當二節(jié)臂在液壓缸作用下向外推出時，通過伸臂鋼絲繩同時將三節(jié)臂拉出；同樣，二節(jié)臂縮回時，通過縮臂鋼絲繩將三節(jié)臂拉回。 具有臂架伸縮機構的起重機，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時間。臂架全部縮回以后，起重機外形尺寸減小，提高了機動性和通過性。臂架采用液壓伸縮機構，可以實現(xiàn)無級伸縮和帶載伸縮，擴大了汽車和輪胎起重機、鐵路救援起重機在復雜使用條件下的使用功能。 伸縮臂鋼絲繩端部均裝有調(diào)節(jié)螺栓，用以調(diào)節(jié)鋼絲繩的長度，使之松緊適當。各節(jié)起重臂相對滑動部位（上、下方及兩側），都裝有滑塊，以減少磨損。起重臂全部滑輪均安裝在滾動軸承上，以減少伸縮臂時的阻力。副臂為橋架式結構，長度為7.5m，不使用時折疊收放在基本臂右側，安裝上主臂后，其軸線與主臂軸線成2°交角。 2.2.2 回轉機構分析 主要動作：回轉—鎖緊—回轉—鎖緊 根據(jù)回轉機構所需工況我們初步從以下機構當中選取： 回轉機構是完成臂桿轉動的裝置。全液壓汽車起重機的回轉機構包括轉臺、回轉支承和驅動裝置。 由回轉液壓馬達帶動減速機構成的驅動裝置，固定在上車轉臺上，其下部的輸出軸上安裝驅動齒輪?；剞D支承似一盤大滾動軸承，內(nèi)座圈為不動圈，內(nèi)圓柱面上制成齒圈，固定在下車的車架上；外座圈為轉動圈，通過滾珠相對內(nèi)座圈可以轉動，固定在轉臺的底部。當驅動齒輪與內(nèi)座圈的齒圈嚙合時，帶動外座圈和轉臺正轉或反轉，實現(xiàn)吊機在固定的下車上回轉。 (1)回轉軸承作為回轉支承最主要的部分，是在普通滾動軸承的基礎上發(fā)展起來的，但一般滾動軸承內(nèi)、外圈的剛度依靠軸承座孔的剛度來保證，而回轉軸承的剛度則由下車地盤的結構來保證。 滾道是由內(nèi)座圈和外座圈合成一個整體的曲面滾道。齒圈可以為外齒圈式，也可以為內(nèi)齒圈式。滾珠和導向體安裝時，均由內(nèi)座圈或外座圈的專用切向圓孔裝入滾道，然后將安裝孔堵住。為了潤滑滾盤，設有數(shù)個黃油嘴。 單排滾珠式軸承，重量輕、結構緊湊、制造成本低，允許小的安裝誤差，但承載能力小，適合小噸位使用。 圖2-2 回轉軸承 （2）回轉驅動裝置 電動回轉驅動裝置 回轉驅動裝置通常裝在起重機的回轉部分上，電動機經(jīng)過減速器帶動最后一級小齒輪、小齒輪與裝在起重機固定部分上的大齒圈相嚙合，以實現(xiàn)起重機回轉 液壓回轉驅動裝置 液壓驅動的小起重量起重機，通過液壓回路和換向閥的合適機能，可以使回轉機構不裝制動器，同時保證回轉部分在任意位置上停住，并避免沖擊。高速液壓馬達的驅動形式，在汽車式、輪胎式和鐵路起重機上應用廣泛。如圖6，低速大扭矩液壓馬達的轉速每分鐘在0-100轉范圍內(nèi)，因此，可以直接在油馬達軸上安裝回轉機構的小齒輪，如馬達輸出扭矩不滿足傳動要求，可以加裝機械減速裝置。該形式在一些小噸位汽車起重機上有所應用。可以在液壓馬達輸出軸上加裝制動器。 圖2-3 低速大扭矩液壓馬達回轉機構 采用低速大扭矩液壓馬達可以省去或減小減速裝置，因此機構很緊湊。但低速大扭矩液壓馬達成本高，使用可靠性不如高速液壓馬達，加之可以采用結構緊湊、傳動比大的行星傳動或蝸輪傳動，高速液壓馬達在起重機的回轉機構中使用廣泛。綜上所述，QY40回轉機構設計為高速液壓馬達加裝制動器的回轉機構。 2.2.3 變幅機構分析 主要動作：增幅—保持—減幅—保持 根據(jù)變幅機構的工作過程我們擬定以下機構： 絕大部分工程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（幅度減小能提高起重量），需要經(jīng)常改變幅度。變幅回路則是實現(xiàn)改變幅度的液壓工作回路，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。一半可以分為以下幾種： （1）普通臂架變幅機構 普通臂架變幅機構分為臂架擺動式和運行小車式其中臂架擺動式變幅機構在變幅過程中物品和臂架重心會隨幅度改變而發(fā)生不必要的升降，需要額外消耗能量，在增大幅度時產(chǎn)生較大的慣性載荷，這種變幅機構構造簡單，在非工作性變幅或不經(jīng)常帶載變幅的汽車起重機，輪胎起重機、履帶式起重機、鐵路起重機、桅桿起重機和塔式起重機被廣泛采用 臂架擺動式變幅機構又分為定長臂變幅機構和伸縮臂架變幅機構 伸縮臂架變幅機構液壓缸變幅是伸縮臂式起重機最有代表性的變幅形式。液壓缸變幅機構結構簡單緊湊，易于布置，工作平穩(wěn)。根據(jù)變幅力大小，可采用雙缸或單缸。臂架變幅液壓缸有三種布置方式：前置式、后置式和后拉式。 （2）平衡臂架變幅機構 平衡臂架變幅機構又分繩索補償性組合臂架型大多用大型起重機。 考慮到QY40型的載重和機構性價比，我們選用前置式伸縮臂架變幅機構。 2.2.4 支腿機構分析 支腿收放有手動和液壓兩種驅動形式。用人力收放支腿，笨重費力，使用不便。近代汽車和輪胎式起重機都采用液壓驅動的支腿。常見的支腿類型有以下幾種：蛙式支腿、H型支腿和X型支腿。 蛙式支腿結構簡單，液壓缸數(shù)量少重量輕。但每個支腿在高度上單獨調(diào)節(jié)困難不易保證車架水平，而且支腿搖臂尺寸有限，因而支腿跨距就不能太大，宜用在小噸位起重機。 1、支腿盤 2、支腿搖臂 3、液壓缸 4、車架 5、活動套 6、撐桿 圖2-4 蛙式支腿 H型支腿如下圖2-5所示，每一支腿有兩個液壓缸，水平外伸液壓缸和垂直支撐液壓缸。為保證足夠的外伸距離大，每個腿可以單獨調(diào)節(jié)，對作業(yè)場地和地面的適應性好，廣泛用于中大型起重機上。缺點是重量大，支腿高度大。 1 、固定梁2、活動梁3、立柱外套4、立柱外套5、水平液壓缸6 、垂直液壓缸7、支腳盤 圖2-5 H型支腿 X型支腿如下圖2-6所示，此支腿的垂直的垂直支撐液壓缸作用在固定腿上，每個腿能單獨調(diào)節(jié)高度，可以伸入斜角內(nèi)支撐，X型支腿較軸數(shù)目多。行駛時離地間隙小，垂直液壓缸的壓力比H型支腿高。在打支腿時有水平位移?，F(xiàn)已逐漸被H型支腿取代。 1 、垂直液壓缸2、車架3、伸縮液壓缸4、固定腿5、伸縮腿6、支腿盤 圖2-6 X型支腿 汽車起重機設置支腿可以大大提高起重機的起重能力。為了使起重機在吊重過程中安全可靠，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。還可以根據(jù)地面情況對各支腿進行單獨調(diào)節(jié)。 基于QY40為中型噸位起重機，從安全性和普遍性考慮我們選用H型支腿。 2.2.5 起升機構分析 主要動作：卷筒上揚—保持—卷筒下?lián)P—鎖死 根據(jù)工況擬定以下機構供選擇。 隨著液壓汽車起重機的發(fā)展，對起升機構的性能要求越來越高，不僅重量要輕，工作可靠，而且還要求調(diào)速。 起升機構由內(nèi)燃機驅動、電動機驅動和液壓驅動三種驅動方式。 （1）內(nèi)燃機驅動的起升機構，其動力由內(nèi)燃機經(jīng)機械傳動裝置集中傳給包括齊聲機構在內(nèi)的各個工作機構。這種驅動方式的優(yōu)點是具有自身獨立的能源，機動靈活，適用于流動作業(yè)的流動時起重機目前只在現(xiàn)有的少數(shù)履帶式起重機和鐵路起重機上應用 （2）電動機驅動是起升機構主要的驅動方式。直流電動機的機械特性適合起升機構工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的工程起重機上，常采用內(nèi)燃機和直流發(fā)電機實線直流傳動，交流電動機驅動能直接從電網(wǎng)取得電能，操控簡單，維護容易，機組重量輕，在電動起身機構中被廣泛采用。 （3）液壓驅動的起升機構，由原動機帶動液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構件使機構動作，通過控制輸入執(zhí)行機構的液體流量實現(xiàn)調(diào)速。液壓驅動的優(yōu)點是傳動比大，可以實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，結構緊湊，運轉平穩(wěn)，操作方便。過載保護性能好。缺點是液壓傳動元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅動在流動式起重機上廣泛應用。 考慮到QY40型汽車起重機的載荷大小和整體性選擇液壓系統(tǒng)我們這里采用雙卷筒液壓驅動。起升機構液壓馬達1，通過減速箱2和內(nèi)漲離合器5，分別把動力傳到主副卷筒4上。結構形式如下圖 1、 驅動裝置 2、減速器 3、制動器 4、卷簡 5、離合器 圖2-7 雙卷筒起升機構 3 汽車起重機液壓回路的初步設計 通過對汽車起重機五大機構運動分析，分別設計其液壓原理圖 3.1 伸縮回路設計 3.1.1 性能要求 起重機具有臂架伸縮機構后，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時間。臂架全部縮回后，起重機外形尺寸減小，提高了機動性和通用性。臂架采用液壓伸縮機構，可以實現(xiàn)無級伸縮和帶載伸縮，擴大了汽車起重機復雜條件下的使用功能 3.1.2 功能實現(xiàn)及工作原理 根據(jù)選定的液壓機構初步擬定以下回路： 14.4、三位六通換向閥 17、同步伸縮缸 18、平衡閥 19、單向閥 圖3-1 伸縮原理圖 液壓油通過換向閥進入同步伸縮缸，同步缸伸出。換向閥打到中位時油路鎖死，在換向閥也同步油缸中間有一個平衡閥，能夠防止垂直防止的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。當換向閥4右位接入回落使活塞下行時，回油路上存在著一定的背壓；只要調(diào)節(jié)單行順序閥使液壓缸內(nèi)的背壓能夠支撐得住活塞和與之相連的工作部件，活塞就能平穩(wěn)下落。 （1）伸出 進油路：三位六通換向閥→平衡閥→同步缸 出油路：同步缸→三位六通換向閥→油箱 （2）縮回 進油路：三位六通換向閥→同步缸 出油路：同步缸→平衡閥→三位六通換向閥→油箱 3.2 回轉回路設計 3.2.1 性能要求： 功用：能與起升機構同時動作，不要求與變幅、伸縮機構同時動作?；剞D支承保證起重機回轉部分有確定的回轉運動，并承受起重機回轉部分作用于它的垂直力、水平力和傾覆力矩。當回轉力過大時必須要有緩沖裝置并且能自己主動補油。 3.2.2 功能實現(xiàn)及工作原理： 擬定液壓系統(tǒng)圖如下： 11.1、梭閥11.2、單項閥11.3、溢流閥11.4、制動液壓缸14.2、三位六通換向閥 16、回轉液壓馬達 圖3-2 回轉原理圖 根據(jù)工況液壓馬達首先要轉向，當三位流通換向閥換到右位時，液壓油進入液壓馬達實現(xiàn)正轉。當手動換向閥處于中位時有路鎖死，當手動換向閥處于左位時液壓油從下面流入液壓馬達，實現(xiàn)液壓馬達的反轉。單向閥能夠很好的控制油路方向。 （1）正轉： 進油路：單向閥→三位六通換向閥→液壓馬達 ↓ 梭閥→制動液壓缸 回油路：液壓馬達→三位六通換向閥→油箱 （2）反轉： 進油路：單向閥→三位六通換向閥→液壓馬達 ↓ 梭閥→制動液壓缸 回油路：液壓馬達→三位六通換向閥→油箱 （3）緩沖補油： 當液壓馬達回轉壓力過大制動時必然導致一邊的油壓增大，此時溢流閥導通壓力高的一側液壓油進入壓力低的一側，使兩邊壓力平衡。這樣有可能導致有一側液壓管出現(xiàn)真空現(xiàn)象，此時梭閥可以吸油防止真空現(xiàn)象。 3.3 變幅回路設計 3.3.1 性能要求 起落臂平穩(wěn)，變幅在任意值允許位置能可靠鎖死。帶載調(diào)幅其載荷為吊臂伸出后相應額定載荷的1/3。對于起吊額定載荷，只允許從大幅度向小幅度調(diào)整 3.3.2 功能實現(xiàn)及工作原理 考慮到QY40型的載重和機構性價比，我們選用前置式伸縮臂架變幅機構 14.5 、三位六通換向閥 19、伸縮液壓缸 20、平衡閥與節(jié)流閥組合閥 26、單向閥 圖3-3 變幅原理圖 平衡閥作用：能夠防止垂直防止的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。當換向閥4右位接入回落使活塞下行時，回油路上存在著一定的背壓；只要調(diào)節(jié)單行順序閥使液壓缸內(nèi)的背壓能夠支撐得住活塞和與之相連的工作部件，活塞就能平穩(wěn)下落。當換向閥4右位接入回落使活塞下行時，回油路上存在著一定的背壓；只要調(diào)節(jié)單行順序閥使液壓缸內(nèi)的背壓能夠支撐得住活塞和與之相連的工作部件，活塞就能平穩(wěn)下落。 （1）增幅 液壓油從單向閥進入手動換向閥，當手動換向閥打向右位時液壓油進入平衡閥再進入液壓缸，液壓缸伸出實現(xiàn)增幅。 進油路：單向閥→三位六通換向閥→平衡閥→液壓缸 出油路：液壓缸→換向閥→油箱 （2）保持 三位六通手動換向閥打到中位，油路鎖死，同時平衡閥能夠有效的保壓，保持液壓缸的壓力防止液壓缸下滑 （3）減幅 液壓油從單向閥進入手動換向閥，當手動換向閥打到左位時液壓油從下路就入液壓缸，液壓缸縮回實現(xiàn)減幅 進油路：單向閥→三位六通換向閥→液壓缸 出油路：液壓缸→平衡閥→三位六通換向閥→油箱 3.4 支腿回路設計 3.4.1 性能要求： 活動支腿是由上下蓋板、左右立板以及其他加強板組成的封閉式的箱形薄壁結構,由于其結構形狀和受載情況復雜,靜不定次數(shù)高,精確計算難度大。為減少計算工作量,傳統(tǒng)計算方法做出了各種各樣的簡化和假定,因此計算結果同實際情況有很大的出入,難以滿足工程需要。本文利用功能強大的大型通用有限元分析軟件ANSYS對某型汽車起重機活動支腿結構進行了強度和剛度分析,并根據(jù)分析結果給出了活動支腿的改進設計方案。支腿回路性能要求水平液壓缸和豎直液壓缸伸縮方便；支撐平穩(wěn)；可防止軟腿現(xiàn)象；可單獨對各支腿進行調(diào)節(jié)；在鎖死的時候油缸不發(fā)生油液泄露。 3.4.2 功能實現(xiàn)及工作原理 根據(jù)H刑支腿機構的結構，擬定液壓系統(tǒng)圖如下： 4.1、溢流閥 4.2、溢流閥 4.3、單向閥 4.4、液控單向閥 5.1、三位六通換向閥 5.2、三位四通換向閥 6、水平液壓缸 7、垂直液壓缸 8、雙向液壓鎖 圖3-4 支腿回路原理圖 根據(jù)工況，首先支腿水平伸出再垂直伸出，所以實際操作時我們要先把多路閥打到水平控制位置，按下進油的操作閥水平油缸伸出。再把多路閥按到垂直控制位子，按下進油的操作閥垂直油缸伸出。收車時則相反。這里我們加了一個4.2作為一個安全閥使輸出的油壓穩(wěn)定在18MPa左右，而4.1這個5MPa溢流閥主要是防止帶載外伸時引起事故。我們把5做成一個整體的操作閥不僅美觀，更重要的是便于管理，在現(xiàn)在起重機設備上大多都采用此結構。 （1）支腿水平伸出 當三位六通換向閥打向下位時液壓油通過三位四通換向閥，三位四通換向閥打向下位時液壓進入液壓缸，支腿水平伸出 進油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→水平液壓缸 回油路：水平液壓缸→三位四通換向閥→三位六通換向閥→油箱 （2）支腿垂直伸出 當水平液壓缸完全伸出，液壓油進入垂直液壓缸 進油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→垂直液壓缸 出油路：垂直液壓缸→三位四通換向閥→三位六通換向閥→油箱 （3）進給保持 首先三位六通換向閥打到中位油液卸荷，液壓油往上進入回轉回路中，同時我們可以看到我們有一個雙向液壓鎖這時候可以很好的鎖死油路，防止垂直支腿回縮，還有一個液控單向閥也能防止水平油缸回縮。 （4）垂直液壓缸縮回 油缸回縮時原理與伸出一樣，通過三位四通閥的進油的方向不通控制油液的流動方向，從而改變液壓缸的運動方向。 進油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→垂直油缸 出油路：垂直液壓缸→三位四通換向閥→液控單向閥→三位六通換向閥→油箱 （5）水平液壓缸縮回 回縮原理與伸出原理一樣，但是我們這里在水平油缸回縮時我們有一個液控單向閥，這個液控單向閥只有在有油壓的情況下才能導通回縮，一般情況下是不能回縮的，這樣做的效果是防止車輛行駛時出現(xiàn)摔褪現(xiàn)象 進油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→水平液壓缸 回油路：水平液壓缸→三位四通換向閥→三位六通換向閥→油箱 3.5 起升回路設計 3.5.1 性能要求 卷揚回路的作用是實現(xiàn)起重機吊起以及放下重物，是起重機主要功能的體現(xiàn)。在吊重的如果同時與變幅或者回轉同時動作，就需要單獨的泵來供油，卷揚要有動作必須要求制動缸先有動作松開離合器。這里制動缸采用常態(tài)制動能夠很好的防止起吊重物時產(chǎn)生溜車下滑現(xiàn)象。 3.5.2 功能實現(xiàn)及工作原理： 液壓馬達通過五位六通手動換向閥實現(xiàn)正反轉達到上揚、下放的目的，其次最上面的兩個制動液壓缸主要起到鎖死作用，防止重物下滑 （1）卷筒上揚 進油路：五位六通手動換向閥→液壓馬達 ↓ 梭閥→離合器液壓缸 回油路：液壓馬達→平衡閥→五位六通手動換向閥→油箱 （2）卷筒下放 進油路：五位六通手動換向閥→平衡閥→液壓馬達 ↓ 梭閥→離合器液壓缸 回油路：液壓馬達→五位六通換向閥→油箱 （3）保持 我們才用的是常壓制動缸，在沒有高壓油進入離合器制動缸時，液壓缸自動抱死離合器，防止重物下。 根據(jù)起升機構特性設計如下回路： 14.6、三位六通換向 14.7、溢流閥 21、回轉液壓馬達 22、平衡法 23、梭閥 24、閘缸 25、聯(lián)軸器 26、單向節(jié)流閥 圖3-5 起升回路原理圖  4 液壓系統(tǒng)設計計算 4.1 QY40型汽車起重機液壓系統(tǒng)工作原理圖： 1、三聯(lián)齒輪泵2、中心回轉3、油箱4.1、溢流閥4.2、溢流閥4.3、單向閥4.4、液控單向閥5、下部多路閥6、水平液壓缸7、垂直液壓缸8、雙向液壓鎖9、濾油器10、回轉壓力表 11.1、梭閥11.2、單向閥11.3、溢流閥11.4、制動缸12、起升壓力表13、80泵壓力表14.1、溢流閥14.2、三位六通換向閥14.3、溢流閥14.4、三位六通換向閥14.5 三位六通換向閥 14.6、三位六通換向閥15、溢流閥16、回轉馬達17、伸縮液壓缸18、平衡閥19、變幅液壓缸20、平衡閥21、起升馬達22、平衡閥23、梭閥24、閘缸25、單向節(jié)流閥 圖4-1 QY40型汽車起重機液壓系統(tǒng)圖 4.2 系統(tǒng)工況表 表1 QY40型汽車起重機液壓系統(tǒng)工況表 QY40汽車起重機液壓系統(tǒng)工況表 手動換向閥位置 系統(tǒng)工作情況 閥5.1 閥5.2 閥14.2 閥14.4 閥14.5 閥14.6 水平支腿 垂直支腿 回轉馬達 伸縮缸 變幅缸 起升馬達 下位 下位 伸出 上位 伸出 上位 下位 縮回 上位 縮回 中位 中位 不動 不動 上位 正轉 下位 反轉 中位 不動 上位 伸出 下位 縮回 中位 不動 上位 伸出 下位 縮回 中位 不動 上位 上升 下位 下降 中位 不動 對以上主要運動機構和液壓回路相結合，去掉多余東西，總結出液壓系統(tǒng)原理圖如圖4.1所示，系統(tǒng)工況表如圖4.2所示。整個液壓系統(tǒng)由一臺三聯(lián)齒輪泵供油，其中回轉與支腿回路共用一個泵，伸縮與變幅共用一個泵，起升回路單獨使用一個泵供油。 4.3 支腿收放機構計算 4.3.1 支腿支撐位置的確定 起重機支腿通常是前后設置，向左右兩側伸出，四個支腿支撐點形成的水平包圍面積。支腿支撐點位置確定的原則是：（1）在各種工況下，必須保證起重機抗傾覆穩(wěn)定性的要求。即臂架在任意幅度和任意位置下起吊改工況下的額定起重量時，起重機所受的合成垂直載荷作用線，始終在支腿支撐點構成面積內(nèi)。（2）在保證抗傾覆穩(wěn)定性的條件下，支腿的支撐基底最小，以擴大有效作業(yè)面積。（3）起重機在運輸狀態(tài)下臂架放平，全機的重心必須位于支腿前后支撐線之間，否則支腿不可能使全部車輪離地。 支撐點位置的確定方法如下圖所示。圖中0為起重機回轉中心,為下車自重，下車重心坐標，且=-L,。為包括貨重在內(nèi)的上車總重，距O點的水平距離為R，其坐標為。起重機回轉時，的運動軌跡方程為： 圖18 起重機總重，其作用點坐標為： 將、坐標代入點運動軌跡方程中得： 上式即為合力G的運動軌跡方程，是一個圓心坐標為、半徑為的圓，稱之為合力圓。如果將支腿支撐點布置在合力圓的外切四邊形的四角，就能滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。理論上支腿跨距成方形，但在實際上，由于總體布置的要求，通常支腿向跨距大于支腿橫向跨距。 前后兩支腿的中心為原點O，則回轉中心的坐標為（75,0） 根據(jù)起重特性表我們選取幅度為20，全伸臂32.5時計算。考慮安全因素的情況下。 可以確定支腿外伸時的坐標為（x,y） X=2550mm Y=2800mm 整車寬度D=2600mm 則支腿外伸長度mm 支腿距回轉中心的水平距離為N=X=2550mm 4.4 支腿油缸的受力計算 汽車、輪胎和鐵路起重機都裝有可收放支腿。支腿的作用是增大起重機的支撐基地，提高起重能力。起重機一般裝有四個支腿，前后左右兩側分置。我們也選用四個支腿的形式。 設計起重機時根據(jù)構造和使用要求，起重機有三點支撐式和四點支撐式兩種。三支點式支撐反力的分配是靜定的，可利用靜力平衡條件求各支撐反力。四支點式支撐反力的計算屬于超靜定問題，支撐反力不僅與載荷有關，還取決于車架的剛性、軌道或道路路面的彈性和平整度等許多因素。所以為了方便，我們可以簡化為靜定求解。 我們采用剛性車架假設：認為車架是絕對剛體，在載荷作用下車架的四個支撐點始終保持在同一平面上。 根據(jù)起重特性表當起吊重量為20噸時，液壓缸受力最大 F==N X為后支腿到回轉中心的距離，Q為起吊重量，為上車重量 4.5 支腿油缸主要幾何的計算 4.5.1 缸筒內(nèi)徑計算 主臂液壓缸定為1節(jié)，查閱文獻[1]尺寸形狀可按如下進行設計計算，當主臂仰角為60°時，工作幅度為3米時，主臂吊最大載荷Q=20T,此時伸縮缸承受最大壓力，F(xiàn)=N 液壓缸在工作時能夠達到的工作壓力按18MP計算，根據(jù)如下公式 缸筒內(nèi)徑公式： D—液壓缸的內(nèi)徑 F—最大載荷 P—工作壓力 式中:D—液壓缸的內(nèi)徑 可得出，D=96mm,參見表2，取D=125mm。 表2 缸桶內(nèi)徑選擇表 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 4.5.2 活塞桿直徑d計算 活塞桿直徑d一般按液壓缸往復運動速度比計算，公式如下： （1） 式中：D—液壓缸直徑 --往復運動速度比，參見表3，選擇=2。 可得出：d=88.4mm；根據(jù)D/d=0.7，參見表4，選擇d=90mm。 表3 速度比選擇 壓力MP ≤10 12.5～20 ≥20 速度比 1.33 1.46 2 表4 活塞桿直徑尺寸系列 4 5 6 7 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 35 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 4.5.3 活塞桿強度驗算 活塞桿工作時，一般主要受軸向主要拉壓作用力，因此活塞桿的強度驗算，可按直桿拉壓強度驗算，可按直桿拉壓公式計算， 即 （2） （3） 式中：--活塞桿內(nèi)應力。 F—液壓缸負載力。 --活塞桿材料許用應力 ，為材料的抗拉強度，材料為45號鋼，故為600MP，n為安全系數(shù)，一般取n≥3～5，n取5。 將上述值代入， 式（2）成立，所以強度滿足要求。 4.5.4 穩(wěn)定性驗算 當活塞桿直徑與液壓缸安裝長度之比為1：10以上時，活塞桿容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生縱向彎曲破壞，這時需要進行受壓穩(wěn)定性計算。 計算時吧液壓缸整體看成一個和活塞桿截面相等的桿件，采用歐拉公式計算出臨界壓縮載荷，再帶入壓桿穩(wěn)定公式進行計算。 歐拉公式為： （4） 式中：E—材料的彈性模數(shù)，對鋼而言，E=MP。 J—活塞桿截面慣性矩，=。 L—液壓缸安裝長度，由文獻〔1〕可知，此處選擇為L=1.4m液壓缸長為0.9米。 --長度折算系數(shù)，由文獻〔1〕我們采用缸體固定桿端鉸接的形式 可知，=0.5。 計算可得=N。 壓桿穩(wěn)定公式為：