QY8汽车起重机液压系统设计说明书.doc

毕业设计 论文题目 ：轮式装载机液压系统设计 系（部） ： 机电工程系 专业 ： 液压与气动技术 姓名 ： * 班级学号 ： * 时间 年月到 年 月毕业设计（论文）任务书机电工程系 液压与气动技术 专业 学生姓名： 学号： 一、毕业设计（论文）题目 汽车起重机的液压系统 设计二、毕业设计（论文）时间 年月至 年月三、毕业设计（论文）地点：四、毕业设计（论文）的格式要求：1. 论文题目；根据生产实际自定。（如某液压传动系统设计等）2. 摘要（200-300字，概括主要思想、观点或简述研究目的，研究方法，结果，结论）；关键词 需3-8个，尽量使用汉语主题词表中的词）；3. 如有原理图、电路图、结构图等，需另附二号图纸。（可电脑绘图）4. 论文不得少于6000字。5. 论文所用参考书，需写明作者、出版社等参考文献附在全篇正文之后。6. 论文打印，个人侧重点不同，雷同者全部作废。7. 装订要求：第一页封皮；第二页任务书；第三页摘要；第四页目录；第五页正文。指导老师： 年月摘 要 本文着重对QY8型汽车起重机的液压系统、变幅液压缸、起升机构三个部分做了研究和设计。对液压系统的调速回路和回转回路进行了改良设计，调速系统采用了更为合理的双泵分合流开式系统，并且优化了起升机构的结构，选用体积小、传动比大的专用卷扬行星减速机，使起升机构结构更为紧凑。回转系统加转了动态稳定性较好的平衡阀，减少了冲击，提高了操作精度。对变幅液压缸进行结构和参数设计，具体进行了三铰点受力模型的建立和分析，变幅液压缸稳定性的校核等工作。对起升机构进行了初步设计，主要对组合式焊接铸造卷筒作了结构设计，运用完整的理论进行了筒壁的强度校核。关键词：液压系统，变幅液压缸，起升机构，双泵分合流ABSTRACT This paper focuses on the QY8 type truck crane hydraulic system, hoisting mechanism, varying hydraulic cylinder made of three parts research and design. Loop hydraulic system and the rotation speed was improved circuit design, speed control system with a more reasonable two-pump open sub-confluent systems, and optimize the lift to the structure, use small size, great for special transmission ratio Winch Planetary reducer, so that the hoisting mechanism more compact. Rotary switch to a dynamic stability system, plus a good balance valve, reducing the impact of increased operational accuracy. On the amplitude structure and parameters of hydraulic cylinder design, specific to the three nodes force model and analysis, amplitude stability check of hydraulic cylinder and so on. Hoisting mechanism on a preliminary design, the main casting reel made of the composite welding structure design, the use of a complete theory of the cylinder wall strength analysis. Keywords: Hydraulic System, Luffing cylinder, Hoisting mechanism, Double-pump sub-confluent 目 录摘 要1ABSTRACT4第一章 绪论11.1 汽车起重机简介11.2 液压传动应用于汽车起重机上的优缺点11.2.1 优点21.2.2 缺点21.3 国内汽车起重机行业发展现状31.3.1 汽车起重机产品分类31.3.2 汽车起重机市场的规模41.3.3 国内汽车起重机市场结构41.3.4 市场竞争格局51.4 本课题来源及任务要求51.5 本课题主要研究工作6第2章 液压系统性能分析与原理设计72.1 QY8典型工况分析及对液压系统要求72.1.1 QY8典型工况的分析72.1.2 对液压系统要求72.2 对QY8液压系统各主要回路的分析82.3 液压系统类型的拟定132.3.1 本机液压系统分析132.3.2 各机构动作组合、分配及控制132.4 QY8型汽车起重机液压系统的工作原理总成152.4.1 支腿收放回路162.4.2 吊臂变幅回路172.4.3 吊臂伸缩回路172.4.4 转台回转回路182.4.5 吊重起升回路192.4.6 QY8型汽车起重机液压系统的工作情况表192.4.7 QY8型汽车起重机液压系统的特点20第3章 液压系统计算213.1主要液压元件的选择213.1.1 8 吨液压汽车起重机的主要技术参数的初定213.1.2 起升马达的计算和选择213.1.3 液压泵的计算和选择233.2 液压系统发热温升计算243.2.1 计算液压系统的发热功率243.2.2 计算液压系统的散热功率25第4章 变幅液压缸设计274.1 变幅液压缸的结构设计274.1.1 缸体端部连接结构274.1.2 活塞与活塞杆的连接方式284.1.3 活塞杆头部结构294.1.4 缸体安装形式294.1.5 液压缸的缓冲装置304.1.6 排气装置304.2 三铰点变幅油缸的受力分析314.3 变幅油缸主要几何的计算334.3.1 油缸内径AL的计算344.3.2 活塞杆直径计算344.3.3 活塞杆弯曲稳定性的校核344.3.4 液压缸行程s的确定354.3.5 最小导向长度的确定354.3.6 缸筒壁厚的计算364.3.7 缸底厚度计算36第5章 起升机构设计385.1 起升机构的传动方案的分析385.2 起升机构的调速405.3 起升机构设计计算405.3.1 起升机构405.3.2 起升机构的零部件选择计算415.3.3 卷筒设计435.3.3.1卷筒尺寸的确定435.3.3.2卷筒的强度校核475.3.3.3卷筒筒壁的稳定性验算485.3.4 起升机构制动器设计495.3.4.1起升机构制动器相关参数选择505.3.4.2起升机构制动器的设计计算505.4 起升机构传动装置减速器选择及传动比的验算52结论53参考文献54致 谢55 第一章 绪论1.1汽车起重机简介汽车起重机是一种将起重作业部分安装在汽车通用或专用底盘上、具有载重汽车行驶性能的轮式起重机。根据吊臂结构可分为定长臂、接长臂和伸缩臂三种，前两种多采用桁架结构臂，后一种采用箱形结构臂。根据动力传动，又可分为机械传动、液压传动和电力传动三种。因其机动灵活性好，能够迅速转移场地，广泛用于土木工程。现在普遍使用的汽车起重机多为液压伸缩臂汽车起重机，液压伸缩臂一般有24节，最下(最外)一节为基本臂，吊臂内装有液压伸缩机构控制其伸缩。图1.1所示为QY 8型汽车起重机的外形，该机采用黄河牌Jyl50C型汽车底盘，由起升、变幅、回转、吊臂伸缩相交腿机构等组成，全为液压传动。图1.1 QY 8型汽车起重机 汽车起重机作业时必须先打支腿，以增大机械的支承面积，保证必要的稳定性。因此，汽车起重机不能负荷行驶。汽车起重机的主要技术性能有最大起重量、整机质量、吊臂全伸长度、吊臂全缩长度、最大起升高度、最小工作半径、起升速度、最大行驶速度等。1.2液压传动应用于汽车起重机上的优缺点液压系统要实现其工作目的必须经过动力源控制机构机构三个环节。其中动力源主要是液压泵,传输控制装置主要是一些输油管和各种阀的连接机构,执行机构主要是液压马达和液压缸。这三种机构的不同组合就形成了不同功能的液压回路。泵马达回路是起重机液压系统的主要回路，按照泵循环方式的不同有开式回路和闭式回路两种。开式回路中马达的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷却及沉淀过滤后再由液压泵送入系统循环，这样可以防止元件的磨损。但油箱的体积大，空气和油液的接触机会多，容易渗入。闭式回路中马达的回油直接与泵的吸油口相连，结构紧凑，但系统结构复杂，散热条件差，需设辅助泵补充泄漏和冷却。而且要求过滤精度高，但油箱体积小，空气渗入油中的机会少，工作平稳。1.2.1优点1在起重机的结构和技术性能上的优点：来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。2在经济上的优点：液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。1.2.2缺点液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。纵观众多用户的反馈意见，液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。1.3国内汽车起重机行业发展现状1.3.1汽车起重机产品分类汽车起重机按结构和性能分为普通汽车起重机、全地面汽车起重机和随车起重运输车。汽车起重机全地面起重机随车起重运输车图片产品定义采用汽车通用底盘或专用底盘的起重机，悬架为板簧结构悬架为油气结构的起重机具有吊重功能的载重汽车适宜吨位范围5130T80500T120T目前市场需求容量20000辆左右100辆左右5000-10000辆左右主要用途物流仓储转运、道路桥梁、建筑、电力/煤炭建设等林业、油田、物流等国际上，汽车起重机的底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，起重量的范围很大，可从8吨到1000吨，底盘的车轴数可从 2到10根，是产量最大、使用最广泛的起重机类型。1.3.2汽车起重机市场的规模全球起重机市场（包括叉车、工程起重机械在内）总销售额约为1350亿美元左右，主要分布在北美、日本、中国、俄罗斯、西欧等几个主要区域。近年来，中东、东南亚及其他发展中国家及新兴市场伴随城市化进程，固定资产投资巨大，吊装等作业总量呈现迅速提高的趋势；而对路面及作业环境要求不高，使汽车起重机持续景气。中国汽车起重机市场规模相对较小，但由于产品附加值高，年总销售额在40亿元人民币左右。1.3.3国内汽车起重机市场结构国内主要的汽车起重机生产企业包括：重庆大江工业(集团)有限责任公司、徐州工程机械集团有限公司、四川长江工程起重机有限责任公司、沈阳北方交通工程公司、三一汽车制造有限公司、马尼托瓦克东岳重工有限公司、长沙中联重工科技发展股份有限公司、北起多田野(北京)起重机有限公司、安徽柳工起重机有限公司、泰安工程机械总厂等。其中，徐州工程机械集团有限公司、长沙中联重工科技发展股份有限公司是行业内规模较大的企业。从底盘供应企业来看，徐州工程机械集团有限公司、长沙中联重工科技发展股份有限公司基本上用本单位生产的底盘，其底盘涵盖了各个吨位的产品，偶尔也采购部分底盘。中国第一汽车集团公司、中国重型汽车集团泰安五岳专用汽车有限公司、东风汽车有限公司、东风汽车公司、湖北三环汉阳特种汽车有限公司（汉阳特种汽车制造厂）生产起重机底盘。从历年销售情况看，汽车起重机市场主要集中在山东、江苏、河北等中东部地势平坦、矿产资源丰富、交通发达的地区。经过几年的发展，汽车起重机市场用户群体发生了较大的变化，由最初的以施工单位用户为主逐渐转变为以个体用户为主。 1.3.4市场竞争格局国内汽车起重机市场一直呈现徐重独领风骚，中联浦沅紧随的竞争格局，近年来，三一成为汽车起重机行业的黑马。徐重、浦沅集中在16、20和25吨的竞争区间，长起和泰起集中在8吨产品。当前，汽车起重机行业的市场竞争呈现以下态势：1.二类底盘改装的随车起重运输车因其因地制宜、兼有起重和运输的双重功能将发展成为市场热点；2.开发高附加值的大吨位产品、全地面起重机成为企业追求利润的增长点；3.汽车起重机操纵方式由机械式向先导式和电比例式方向发展；4.主臂的不断改进是产品竞争的亮点；5.行驶驾驶室与起重操纵室自动化设置；6.国内品牌主导市场的格局仍将维持很长时间。1.4本课题来源汽车起重机的液压系统起着驱动和控制汽车起重机各机构动作的作用。其性能好坏对起重机有着十分重要的影响。目前，我国生产8吨汽车起重机的厂家较多，品种也很杂，不同的厂家和不同的品种，其液压系统和液压元件都不一致，给生产、使用及维修带来很多麻烦，同时其性能也较低，不适于现代智能高效小型汽车起重机发展的需要。为此对传统型QY8汽车起重机的液压系统进行了如下几方面的研究。老8吨汽车起重机都是采用单泵单马达（定量式)、串联油路、开式系统，所有的工作机构都靠一个油源供油，难于同时满足不同机构的速度和功率匹配的需要，例如起升机构为了满足起升速度的要求，需要较大的流量，而伸缩、变幅、回转及支腿则需要较小的流量即可，因此只好靠控制发动机的油门及在机构上采取一些措施解决这一矛盾，但这是有一定限度的。还存在一些问题，起升速度低，最高起升速度只有8mmin，起升速度调节范围小。(式1-1)如下式所示9：式中：-卷筒直径 -液压马达的容积效率 -液压油泵的排量 -卷扬机的减速比 -钢丝绳的倍率 -液压马达的排量 -液压油泵的容积效率 -发动机的转速 由上式可见，起升速度的大小，主要靠发动机的油门调节，当油门过小时，发动机的动力特性较差，容易灭火，轻载及空载时，速度太慢，生产率低。新型QY8汽车起重机，采用了双泵单马达、分合流油路、开式系统，根据各机构的不同速度和功率的要求，变幅、伸缩、回转及支腿用小泵2供油，起升用大泵l供油，起升与其余各机构都可以进行联合动作，提高工作效率，同时起升轻载及空载时，泵2与泵l可以同时合流供给起升，提高起升速度，扩大调速范围，如下式所示9：(式1-2)式中：-泵1的排量 -泵2的排量 -泵1及泵2的容积效率 由上式可见，除发动机的油门调节起升速度外，还可以通过分合流型式调节起升速度，当重载时，用分流方式，即泵2不参与起升工作，此时提升速度为低速；当空载或轻载时用合流方式。1.5本课题主要研究工作本课题主要针对汽车起重机的功能、组成和工作特点，结合国内外汽车起重机的运用现状和发展趋势，设计一款能够适应国内外工程建设的轻型汽车起重机（QY8）液压系统。在设计本机液压系统时，明确设计任务和设计要求，不要偏离题目；仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化。在做好以上两点的基础上。进行以下研究工作：1、分析已有的汽车起重机，结合本设计任务，了解其优缺点，把握其发展方向。 2、对当下具有成熟技术的液压回路进行分析研究和学习。3、根据本机液压系统工作特点，在满足高效节能的功能前提下可以进行液压系统原理创新设计。4、对设计好的液压原理系统进行计算，选择合适的液压元件，并对其性能进行验算，包括压力损失和系统发热等。5、对起升机构进行分析计算和结构设计，使其结构紧凑合理，寿命长。6、选取变幅液压缸进行计算设计，提高其可靠性。注：整机基本参数应符合汽车起重机基本参数标准。第2章 液压系统性能分析与原理设计2.1 QY8典型工况分析及对液压系统要求2.1.1 QY8典型工况的分析根据起重机试验规范，以及很多操作者的实际经验，可确定表2.1的三种工况，作为轻型汽车起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。表2.1 汽车起重机典型工况表序号工 况一次循环内容特 点 1基本臂；相应的工作幅度吊重起升回转下降起升回转下降（中间制动一次）起重吨位大，动作单一，很少与回转等机构组合动作 2全长臂相应的工作幅度卷扬起升回转卷扬下降卷扬起升回转卷扬下降（中间制动一次）运用较多的情况，能满足小吨位的工作 3最长臂；主臂加副臂；相应的工作幅度； （起升回转）变幅下降（起升回转）下降（中间制动一次）起重吨位小，一般在一到两吨之间2.1.2 对液压系统要求根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。1. 起升回路（1）能方便的实现合分流方式转换，保证工作的高效安全。（2）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。2. 回转回路（1）具有独立工作能力。（2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。3. 变幅回路（1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。（2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。（3）要求在有载荷情况下能微动。（4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测星号源。4. 伸缩回路本机伸缩机构采用三节臂（含有两个液压缸），由于本机为轻型起重机为了使本机运用广泛，实现各节臂顺序伸缩。各节臂能按顺序伸缩，但不能实现同步伸缩。5. 控制回路（1）为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。（2）操纵元件必须具有45方向操纵两个机构联动能力。6. 支腿回路（1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。（2）要求前后组支腿可以进行单独调整。（3）要求支腿能够承载最大起重时的压力，并且有足够的防倾翻力矩。（4）起重机行走时不产生掉腿现象。2.2 对QY8液压系统各主要回路的分析汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主回路组成。从图2.1可以看出，各个回路之间具有不同的功能、组成和工作特点。图2.1 汽车起重机各回路工作状态1.起升回路： 起升回路起到使重物升降的作用。起升回路的分析详见第五章起升回路的设计。2.回转回路：回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。回转机构使重物水平移动的范围有限， 但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。液压驱动的小起重量起重机，通过液压回路和换向阀的合适机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。高速液压马达的驱动形式，在汽车式、轮胎式和铁路起重机上应用广泛。如图2.2，低速大扭矩液压马达的转速每分钟在0-100转范围内，因此，可以直接在油马达轴上安装回转机构的小齿轮，如马达输出扭矩不满足传动要求，可以加装机械减速装置。该形式在一些小吨位汽车起重机上有所应用。可以在液压马达输出轴上加装制动器。 图2.2低速大扭矩液压马达回转机构采用低速大扭矩液压马达可以省去或减小减速装置，因此机构很紧凑。但低速大扭矩液压马达成本高，使用可靠性不如高速液压马达，加之可以采用结构紧凑、传动比大的行星传动或蜗轮传动，高速液压马达在起重机的回转机构中使用广泛。综上所述，QY8回转机构设计为高速液压马达加装制动器的回转机构，其基本回路如下图2.3。图2.3 回转回路3.变幅回路：绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成（图2.4）。图2.4 变幅回路工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。汽车起重机由于使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。4.伸缩回路：具有臂架伸缩机构的起重机，不需要接臂和拆臂，缩短了辅助作业时间。臂架全部缩回以后，起重机外形尺寸减小，提高了机动性和通过性。臂架采用液压伸缩机构，可以实现无级伸缩和带载伸缩，扩大了汽车和轮胎起重机、铁路救援起重机在复杂使用条件下的使用功能。伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。具有三节或三节以上的吊臂，各节臂的伸缩基本有三种形式：顺序伸缩、同步伸缩和独立伸缩。顺序伸缩就是各节伸缩臂按一定先后次序完成伸缩动作。同步伸缩是指各节伸缩臂以相同的行程比率同时伸缩。独立伸缩是指各节伸缩臂无关联地独立进行伸缩动作。显然，独立伸缩机构同样也可以完成顺序伸缩或同步伸缩的动作。如图2.5所示。 图2.5 臂架伸缩方式 （a）-顺序伸缩 （b）-同步伸缩为了使起重机各节伸缩臂伸出后的载荷和起重机的起重量特性相适应，伸臂的顺序为2（二节臂）3（三节臂）的顺序伸出，1为基本臂，而缩回按相反的顺序，即32的顺序缩回。下面介绍实现顺序伸缩的几种方案。图2.6是利用各油缸有效面积差控制伸缩顺,即号伸缩油缸活塞面积大，.号伸缩油缸活塞面积逐次减小。各活塞腔是联通的，各油缸活塞杆腔也是联通的。很显然I号伸缩油缸先伸出，其次是号和号伸缩油缸伸出。平衡阀Ki可以保证吊臂在载荷下平稳收缩，同时还可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外为了保证吊臂回缩时按预定的顺序，不至因自重和滑动阻力变化等因素影响。平衡阀的开启压力应该设定为足K1最大，K3最小。图2.7是用单向顺序阀控制顺序的一种方案。扳动操纵阀S，使A与P接通，同时B与O也通，此时伸缩油缸I伸出。油缸I伸出到位后，随着活塞腔油压力的升高，单向顺序阀S1被打开，于是伸缩油缸伸出。油缸伸出到位后，油压继续升高单向顺序阀S2也开启，于是伸缩油缸量开始伸出。该机构缩回过程同前一方案。与前一方案比较，此方案对油缸面积无特殊要求，有利于减轻自重。图中的双单向阀d1与d2，其作用是使顺序阀中的溢流流入主油道，这样可以省去两根回油管和软管卷简。图2.8是电液操纵阀控制顺序的一种方案。扳动操纵阀S，A和P、B和O接通。压力油经电液换向阀Cl及平衡阀Kl进入到伸缩油缸I活塞腔，伸缩油缸I开始伸出。若电液换向阀Cl换位，则压力油改道上行，经电液换向阀C2及平衡阀K2进入伸缩油缸，于是伸缩油缸E开始伸出。若电液换向阀C2换位，则压力油二次改道上行，进入伸缩油缸伸出。与前述方案比较，由于该机构装有电液阀，从而需要设置电线和电线卷简，但该方案的伸缩顺序有可靠保证。综上所述QY8伸缩回路选择差积式顺序伸缩回路。图2.6 差积式顺序伸缩原理 图2.7 单向顺序阀顺序伸缩原理 图2.8电液换向阀顺序伸缩原理、-伸缩油缸；S-操纵阀； d1.d2-双向液压阀；-平衡阀； 、-伸缩油缸；S-操纵阀； -平衡阀。 S1.s2-单项顺序阀；、-伸缩油缸；S-操纵阀； c1.c2-电液换向阀5.支腿回路：支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸和换向阀组成。起重机设置支腿机构，目的是增加起重机的稳定性及起重能力。支腿机构在作业时承受整机的自重和吊重，要求结构坚固，动作可靠。目前支腿大都采用液压支腿。支腿机构有三种基本形式：蛙式支腿、H型支腿和X型支腿（如图2.9、2.10）。蛙式支腿结构简单，跨距小，只适用于中小吨位起重机上使用。 图2.9 H型支腿 图 2.10 X型支腿 1-水平液压缸；2-垂直液压缸 1-垂直液压缸；2-车架；3-伸缩液压缸；4-固定腿；5-活动腿汽车起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。为了使起重机在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。在行驶时收回，工作时外伸撑地。还可以根据地面情况对各支腿进行单独调节。2.3液压系统类型的拟定2.3.1本机液压系统分析根据开式和闭式系统的优缺点、典型工况，结合国内外同类产品的具体情况，液压系统决定选用多泵多回路和多种型式的高压变量系统。为了使液压系统更加易于检修和使结构更简单明了，在起升、回转、伸缩、变幅、支腿和控制6个液压回路中全部采用开式油路。由于本机属于轻型起重机，回转比较频繁，所以回转油路由变量泵和定量马达组成。伸缩回路有两节伸缩臂和两个液压缸，液压缸与钢绳组合实现同时伸缩。轻型起重机的变幅机构，采用单缸回路。为了提高效率，本轻型起重机回转、伸缩、变幅回路可以协调工作。因此采用了三个三位四通换向阀来分别控制三个动作，这样操作起来十分方便，简单。支腿回路采用H式支腿，因为本机为轻型起重机，支腿不外伸，每一支腿只有一个垂直液压缸，支腿伸出后成H形。支腿回路的各油缸均采用手柄操纵换向阀来实现各种控制。回路中支腿油路液控单向阀可以防止支腿软腿现象。根据汽车起重机的工况，支腿回路、回转回路、伸缩回路和变幅回路通常单独工作，所以可以采用同一个液压泵并联组合供油。2.3.2各机构动作组合、分配及控制1. 各机构组合情况起伸机构伸缩机构回转机构变幅机构支腿机构图211 各机构动作组合情况支腿机构在起升过程中不能动作，但是支腿回路不工作时其他的回路均不能工作，起升与变幅，伸缩、回转回路要有组合动作功能，回转、伸缩、变幅回路之间不需要组合动作。各机构组合情况如图2.11所示。2. 动力分配情况 根据设计要求、工作情况、起重量等，本机的动力分配如图2.12所示：变幅机构回转机构伸缩机构支腿机构卷扬机构 合流 泵2泵1分动箱图2.12上车动力分配情况2.4 QY8型汽车起重机液压系统的工作原理总成QY8型汽车起重机液压系统的工作原理如图2.13所示。该系统为中压系统，动力源采用双联齿轮泵，由汽车发动机通过底盘上的分动箱驱动。液压泵从油箱中吸油，输出的液压油经手动阀组A和B输送到各个执行元件。整个系统由支腿收放、吊臂变幅、吊臂伸缩、转台回转和吊重起升五个工作回路所组成，且各部分都具有一定的独立性。整个系统分为上下两部分，除液压泵、过滤器、溢流阀、阀组A及支腿部分外，其余元件全部装在可回转的上车部分。油箱装在上车部分，兼作配重。上下两部分油路通过中心回转接头连通。支腿收放回路和其他动作回路采用一个二位三通手动换向阀进行切换。图2.13 QY8型汽车起重机液压系统图表2.2 液压系统主要元器件2.4.1支腿收放回路 由于汽车轮胎支撑能力有限，且为弹性变形体，作业时很不安全，故在起重作业前必须放下前、后支腿，用支腿承重使汽车轮胎架空。在行驶时又必须将支腿收起，轮胎着地。为此，在汽车的前、后两端各设置两条支腿，每条支腿均配置有液压缸。前支腿两个液压缸同时用一个三位四通手动换向阀（5-2）控制其收、放动作，而后支腿两个液压缸则用另一个三位四通手动换向阀（5-3）控制其收、放动作。为确保支腿能停放在任意位置并能可靠地锁住，在支腿液压缸的控制回路中设置了双向液压锁。 当三位四通手动换向阀（5-2）工作在左位时，前支腿放下，其油路为： 进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）左位手动换向阀（5-2）左位前支腿液压缸上腔。 回油路：前支腿液压缸下腔液控单向阀手动换向阀（5-2）左位手动换向阀（5-1）左位油箱。当三位四通手动换向阀（5-2）工作在右位时，前支腿收回，其油路为： 进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）左位手动换向阀（5-2）右位前支腿液压缸下腔。回油路：前支腿液压缸上腔液控单向阀手动换向阀（5-2）右位手动换向阀（5-1）左位油箱。后支腿液压缸用三位四通手动换向阀（5-3）控制，其油路流动情况与前支腿油路类似。 2.4.2吊臂变幅回路 吊臂变幅是通过改变吊臂的起落角度来改变作业高度。吊臂的变幅运动由变幅液压缸驱动，变幅要求能带载工作，动作要平稳可靠。本机为小吨位吊车采用单个变幅液压缸变幅方式。为防止吊臂在停止阶段因自重而减幅，在油路中设置了平衡阀13,提高了变幅运动的稳定性和可靠性。吊臂变幅运动由三位四通手动换向阀（10-1）控制，在其工作过程中，通过改变手动换向阀（10-1）开口的大小和工作位，即可调节变幅速度和变幅方向。 吊臂增幅时，三位四通手动换向阀（10-1）左位工作，其油路为： 进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）右位手动换向阀（10-1）左位平衡阀（13）中的单向阀变幅液压缸下腔。 回油路：变幅液压缸上腔手动换向阀（10-1）左位手动换向阀（10-2）中位手动换向阀（10-3）中位一油箱。 吊臂减幅时，三位四通手动换向阀（10-1）右位工作，其油路为 进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）右位手动换向阀（10-1）右位变幅液压缸上腔。 回油路：变幅液压缸下腔平衡阀1手动换向阀（10-1）右位手动换向阀（10-2）中位手动换向阀（10-3）中位油箱。2.4.3吊臂伸缩回路 吊臂由基本臂和伸缩臂组成，伸缩臂套装在基本臂内，由吊臂伸缩液压缸驱动进行伸缩运动。本系统是利用各油缸有效面积差控制伸缩顺,即号伸缩油缸活塞面积大，号伸缩油缸活塞面积小。各活塞腔是联通的，各油缸活塞杆腔也是联通的。很显然I号伸缩油缸先伸出，其次是号伸缩油缸伸出。 平衡阀Ki可以保证吊臂在载荷下平稳收缩，同时还可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外为了保证吊臂回缩时按预定的顺序，不至因自重和滑动阻力变化等因素影响。平衡阀的开启压力应该设定为足K1大，K2小。为使其伸缩运动平稳可靠，并防止在停止时因自重而下滑，在油路中设置了平衡阀11。吊臂伸缩运动由三位四通手动换向阀（10-2）控制，当三位四通手动换向阀（10-2）工作在左位或右位时，分别驱动伸缩液压缸伸出或缩回。吊臂伸出时的油路为：进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）右位手动换向阀（10-1）中位手动换向阀（10-2）左位平衡阀11中的单向阀伸缩液压缸下腔。回油路：伸缩液压缸上腔手动换向阀（10-2）左位手动换向阀（10-3）中位油箱。 吊臂缩回时的油路为：进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）右位手动换向阀（10-1）中位手动换向阀（10-2）右位伸缩液压缸上腔。回油路：伸缩液压缸下腔平衡阀11手动换向阀（10-2）右位手动换向阀（10-3）中位油箱。2.4.4转台回转回路 转台的回转由一个小转矩高速液压马达驱动。通过行星减速机构减速，转台的回转速度为05rmin。为了提高工作效率，并且确保安全，本系统加装由平衡阀、二次溢流阀、梭阀、制动器组成的回转缓冲装置。回转液压马达的回转由三位四通手动换向阀（10-3）控制，当三位四通手动换向阀（10-3）工作在左位或右位时，分别驱动回转液压马达正向或反向回转。其油路为： 进油路：过滤器0液压泵（1-1）手动换向阀（5-1）右位手动换向阀（10-1）中位手动换向阀（10-2）中位手动换向阀（10-3）左(右)位正反转平衡阀（15-3）（15-4）回转液压马达。回油路：回转液压马达正反转平衡阀（15-3）（15-4）手动换向阀（10-3）左(右)位油箱。2.4.5吊重起升回路 吊重起升是系统的主要工作回路。吊重的起吊和落下作业由一个大转矩液压马达驱动卷扬机来完成。起升液压马达的正反转有一个三位四通换向阀（10-3）控制。马达转速的调节(即起吊速度) 主要通过改变泵一二分合流方式来实现，还可以通过调节发动机转速及手动换向阀（10-3）的开口来调节。回路中设有平衡阀(19)，用以防止重物因自重而下滑。由于液压马达的内泄漏比较大，当重物吊在空中时，尽管回路中设有平衡阀，重物仍会向下缓慢滑落，为此，在液压马达的驱动轴上设置了制动器。当起升机构工作时，在系统油压的作用下，制动器液压缸使闸块松开，当液压马达停止转动时，在制动器弹簧的作用下，闸块将轴抱死进行制动。当重物在空中停留的过程中重新起升时，有可能出现在液压马达的进油路还未建立起足够的压力以支撑重物时，制动器便解除了制动，造成重物短时间失控而向下滑落。为避免这种现象的出现，在制动器油路中设置了单向节流阀(16)。通过调节该节流阀开口的大小，能使制动器抱闸迅速，而松闸则能缓慢地进行。2.4.6 QY8型汽车起重机液压系统的工作情况表2.4.7 QY8型汽车起重机液压系统的特点 QY8型汽车起重机的液压系统有如下几个特点：1)该系统为双泵双回路、分合流油路、开式、串联系统，采用了换向阀串联组合，不仅各机构的动作可以独立进行，而且在轻载作业时，可实现起升和回转复合动作，以提高工作效率。 2)系统中采用了平衡回路、缩紧回路和制动回路，保证了起重机的工作可靠，操作安全。 3)采用了三位四通手动换向阀换向，不仅可以灵活方便地控制换向动作，还可通过手柄操纵来控制流量，实现节流调速。在起升工作中，除了分合流油路可方便实现高低速切换外，将节流调速方法与控制发动机转速的方法结合使用，可以实现各工作部件微速动作。4)各三位四通手动换向阀均采用了M型中位机能，使换向阀处于中位时能使系统卸荷，可减少系统的功率损失，适宜于起重机进行间歇性工作。注：平衡阀主要的功能不是锁定执行元件的位置,是用来防止执行器失速或惯性冲击的。第3章 液压系统计算3.1主要液压元件的选择 8 吨液压汽车起重机的液压元件较多,计算比较复杂,选择时应尽量选用标准元件,只有在特殊情况下,才考虑设计专用元件。下面仅以起升马达和液压泵为例。3.1.1 8 吨液压汽车起重机的主要技术参数的初定最大起重量8吨；最高提升速度=15；起升减速传动比=21.6、效率=0.92；起升卷筒上钢丝绳最外层直径=411mm；吊钩滑轮组倍率为=6,效率=0.95；钢丝绳导向滑轮效率=0.96；液压系统额定压力初定为=18=18106；以上参数在下述计算中不再标出。3.1.2 起升马达的计算和选择(式3-1)(1) 作用于钢丝绳上的最大静拉力9 式中: 起重量(N) =8000kg=8000kg9.8N/kg=78400N(2) 起升马达所受最大扭矩9(式3-2)式中: 动力系数= 1+0.35 V 则 = 1+ 0.350.25 =1.088V 最高起升速度V =15m/min =0.25m/s(式3-3)(3) 液压马达的排量9 液压马达机械效率,通常取= 0.92(式3-4)(4) 液压马达转速9(5) 液压马达的选择齿轮式和叶片式输出扭矩较小, 且不适于低速传动, 因此, 一般情况下均采用柱塞式液压马达。柱塞式液压马达可分为径向柱塞式和轴向柱塞式两种。轴向柱塞式液压马达除具有转速范围宽、扭矩大的优点外,还具有结构紧凑、径向尺寸小、转动惯量小等优点,故选用之。根据对国产轴向柱塞式液压马达产品的性能比较,8 吨液压汽车起重机选用了上海液压泵厂引进西德海卓玛蒂克公司技术生产的A2F6.1系列斜轴式定量马达,型号为A2F56W6.1,输入排量为56.1cm3/r,最高转2390r/min最大输入流量131L/min,最大功率78, 最大输出扭312Nm,其详细数据见附录1。3.1.3 液压泵的计算和选择(1) 液压泵的工作压力9(式3-6)(式3-5) + 式中: 液压马达的最大工作压力 式中: 起升马达所受最大扭矩= 141.6 起升马达排量(cm3/r), = 56.1cm3/r 起升马达机械效率 = 0.92 沿程压力损失和局部压力损失之和,一般取515bar , 则液压泵的最大工作压力17.3 + 1.5 = 18.8(2) 液压泵的流量 式中: 系统泄漏系统,其值为1.11.3,现取= 1.3 液压马达所需最大流量 = 式中:液压马达最高转速,=1506 r/min = 1506 56.1=84486.6cm3/min = 84.5 l/min则液压泵的流量=1.384.5=109.9 l/min(3) 液压泵的选择液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种。对于汽车起重机,其液压系统负载大、功率大、精度要求不高。所以, 一般采用齿轮泵。根据系统的要求以及压力、流量的需要,8 吨液压汽车起重机选择了40/32 型双联齿轮泵,型号为：CBG40/32-H，其最高工作压力25,最高转速2500r/min ,两泵的理论排量分别为40cm3/r 和32cm3/r，合流最大流量为180L/min。当发动机经分动箱输出速度为1500 r/min时，流量为108L/min。型号为：CBG40/32-H。3.2 液压系统发热温升计算3.2.1 计算液压系统的发热功率由于液压阻力产生的压力损失以及整个系统的机械损失和容积损失组成了能量的总损失，这些能量根据守恒定律，它不会自行消失而是转化成了热能，从而使油液的温度升高，油温过高，不仅使油的性质发生变化，影响系统工作，而且会引起容积效率的下降，因此，油温必须控制在一定的范围内，保证基本臂最大起重量40个工作循环后，油箱内液压油的相对温升在不加冷却器的情况下，不超过75（见1）。对于复杂系统，由于功率损失的环节太多，通常用下式计算液压系统的发热功率1：式中是液压系统的总输入功率，是输出的有效功率1。 (式3-7) (式3-8)式中为工作周期 s z、n、m分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量、分别为第i台泵的实际输出压力、流量、效率为第i台泵工作时间 s、为液压马达的外载转矩、转速、工作时间 、rad/s、s、为液压缸外载荷及此载荷时的行程，N、m 起重机的一个工作循环包括起升、回转、变幅、伸缩臂、下降、空载、回转、装料等工序。在整个循环中，依据经验估算出所需时间为280 s 总的发热功率为=37.6-23.5=14.13.2.2 计算液压系统的散热功率液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，而且计算发热功率时，也应考虑管路表面散热1： (式3-9)式中为油箱散热系数，见1，选择=15； 为管路散热系数，见1，选择=14； 、分别为油箱、管道的散热面积 为油温与环境温度之差若系统达到热平衡，则，油温不再升高，此时，最大温差1 (式3-10)环境温度为，则油温。油箱散热面积的计算在以上章节计算油箱的容量为2.45，据1，V=0.8abh现假设油箱底面为正方形a=b=1.5m，求得h为1.36m=1.8h(a+b)+1.5ab=10.719=87.67+25=112.67计算出来的温度远远高于所限制的温度，现在采用安装冷却器的方法来降低温度。据1，根据热交换量14.1和油的流量(40+32)ml/r 1500r/min合108L/min，在表37.10-36中选择型号为2LQFLA1.46F的冷却器，它能保持油液温度在55左右。油箱的尺寸基本确定如下：长a=1.5m、宽b=1.5m、高h=1.36m。第4章 变幅液压缸设计 液压缸设计包括结构设计和基本参数计算两部分。由于各种液压缸的用途和工作要求不同，其主要参数间又互有联系，故设计时需要反复比较，综合考虑才能得到较理想的结果。液压缸设计没有严格规定的步骤和统一的格式，而是根据掌握的原始资料基本上按如下步骤和内容进行。4.1变幅液压缸的结构设计 液压缸的结构设计包括缸筒和缸盖的连接形式、活塞和活塞杆的连接形式排气装置的选择和最小导向长度的确定。4.1.1缸体端部连接结构 缸体端部连接结构与液压缸的工作压力、材料及工作条件有关。在工程机械常用的连接形式如图4.1至4.4。 图4.1所示为外螺纹连接。缸体1的端部加工有外螺纹与缸盖2连接，螺纹连接质量轻，外径小，但结构较复杂，装卸时要有专用工具，同心度要求高。 图4.2所示为卡簧连接。其结构简单、拆装方便，外径较小；缺点是连接强度差，当液压缸工作压力较高或受到较大冲击载荷时，导向套的环槽易被压坏而使卡簧脱出。 图4.3所示为内卡环连接(又称半环连接)结构紧凑，加工容易，装卸方便，能承受较大的冲击载荷，避免了卡簧连接安全可靠性差的缺点。这种连接要在缸体上开环形槽，在一定程度上削弱了缸体的强度。这是液压缸设计中应注意的。图4.4所示为法兰连接。其加工、装卸方便，连接强度高，安全可靠；但缸体外径和质量都比较大。因此，在液压缸工作压力高，或经常受到冲击载荷的情况下选用法兰连接才较为适宜。综上所述，缸体连接形式选用无缝钢管焊接配合导向套螺栓连接形式。 图4.1外螺纹连接 图4.2卡簧连接1缸体，2缸盖，3导向套，4紧固螺钉 ，5活塞杆 1缸盖，2卡簧，3导向套，4缸体 图4.3内卡键连接 图4.4 法兰连接 图4.5 活塞与活塞杆的连接结构 1缸体，2导向套，3内卡键 1缸体，2 O型密封圈， （a）螺纹连接，（b）卡环连接（平环），4套筒，5轴向弹簧挡圈， 3 Y型密封圈，4 螺栓，6活塞杆，7防尘圈，8 Y型密封圈， 5法兰盘， 6活塞杆9 O型密封圈 4.1.2活塞与活塞杆的连接方式 活塞与活塞杆的连接方式一般采用螺纹连接和卡环连接。螺纹连接如图4.5a所示，结构简单、实用，应用较为普遍。当工作机械振动较大时螺纹易松动，故必须采取防松措施。 卡环连接如图4.5b所示，这种连接比较可靠，可以承受较大的工作压力和机械振动，且结构简单、装卸方便。多用于工程机械。此外，也有采用焊接方式的。焊接结构简单、轴向尺寸紧凑，但不能拆换。4.1.3活塞杆头部结构 活塞杆头部直接与工作机构连接，根据与负载连接的要求不同，活塞杆头部主要有以下几种结构，见图4.6。其中图4.6a)、4.6c)为单耳环不带衬套的结构；图4.6b)为单耳环带衬套的结构；图4.6d)为双耳环结构；图4.6e)为球头结构；图4.6f)、4.6g)分别为外螺纹及内螺纹结构。图4.6 活塞杆头部结构4.1.4缸体安装形式 工程机械上液压缸的安装形式常采用单耳环形、单耳球铰形和铰轴形，见图4.7。单耳球铰形能更好地保证液压缸为轴心受力。缸底耳环通常与缸做成整体式或焊