汽车起重机液压系统的设计

本科生毕业设计摘 要本课题旨在根据目前的汽车起重机液压系统的发展现状，结合国内外的研究现状和发展趋势，设计一套起重量为25吨的汽车起重机液压系统。本设计说明书首先介绍了汽车起重机液压系统的工作原理及基本组成，以及汽车起重机液压系统的研究现状及发展趋势。然后对QY25型汽车起重机液压系统进行了详细设计。具体包括QY25型汽车起重机的液压系统总体方案的设计，基本回路的组成设计以及相应液压元件和辅助装置的设计与选择。设计过程中，根据设计要求的起重量、起重速度等具体的设计参数，设计了液压系统中的执行装置液压缸和液压马达。然后，根据液压系统的流量和工作压力等参数选取了液压系统的动力装置液压泵。最后选取了辅助装置，如油箱、油管、管接头、过滤器等。关键字：汽车起重机；液压系统；液压元件；应用；液压缸ABSTRACTThe purpose of this theme is to design the hydraulic system of the 25-tons automobile crane, based on the developing situation and researching actuality.Above all, the illuminate paper of the design introduce the working theory and composing of the auto crane ,the direction the hydraulic system of the auto crane. And then ,designing the hydraulic system of the 25-tons automobile crane in details. Including the design of the project of the hydraulic system of the 25-tons automobile crane in the whole, composing of the hydraulic loop and the design or choose of the assistant organ. In the course of the designing of the hydraulic system of the 25-tons automobile crane, design the performing equipmenthydraulic cylinder and hydromotor bsed on the the lifting caoacity of the crane and the speed of the lifting that the designing demands. And choose the dynamical equipmenthydraulic pump based on the flux and the hydraulic pressure.In the end , choosing the oil box、vittas、tube tie-in and the filter. Key words： Autocrane;hydraulic systems;Hydraulic components;Applicati;CylinderII目 录摘要Abstract第1章 绪论11.1选题的目的及意义11.2本课题的研究现状及发展趋势11.2.1近十年来国内外汽车起重机的发展史11.2.2我国汽车起重机存在的问题21.2.3汽车起重机液压系统的发展趋势3第2章 QY25型汽车起重机液压系统方案设计42.1液压系统总体方案设计42.2支腿收放液压回路的功能要求及设计42.2.1水平缸的动作52.2.2垂直缸的动作52.3回转机构液压回路功能要求及设计62.3.1回转机构液压回路功能要求62.3.2回转机构液压回路的设计62.4臂架变幅液压回路功能要求及设计72.5伸缩臂液压回路的功能要求及设计82.6吊重起升液压回路的功能要求及设计92.7本章小结11第3章 QY25型汽车起重机液压系统执行装置设计123.1液压系统已知参数123.2支腿收放执行原件的设计123.2.1支腿收缩缸的设计123.2.2支腿水平缸的设计153.2.3变幅缸的设计163.3缸体的联接及材料193.4液压缸主要零件结构、材料及技术要求193.4.1活塞193.4.2活塞杆的导向、密封和防尘213.4.3液压缸的排气装置223.4.4液压缸安装联接部分的型式及尺寸223.4.5计算液压缸的主要结构尺寸223.5本章小结24第4章 QY25型汽车起重机动力元件及辅件选择254.1齿轮泵254.1.1齿轮泵参数的选择254.2液压阀274.3油箱容量及管道尺寸的确定284.4本章小结29结论30参考文献31致谢33第1章 绪 论1.1 选题的目的及意义专用汽车品种繁多，是汽车工业的重要组成部分，有着广阔的发展前景。在我国的汽车工业产业政策中，专用车列为货车类唯一发展的重点产品。按国家发展规划要求，到21世纪初和21世纪中，我国的专用汽车品种将发展到近3000余种，专用汽车的年产量占载货汽车产量将提高到55%左右。汽车起重机为专业汽车当中的一种。目前我国起重机行业呈现出四大特点：第一个特点是汽车起重机是流动式起重机中的主导产品，其销量占各类流动式起重机总和的80%以上，并以中、下吨位为主。第二个特点是我国汽车起重机的生产集中度较高。第三个特点我国履带起重机增长幅度大。由于石化、石油、化工、能源、大型市政建设的快速发展，极大地刺激了大型履带起重机市场。近两年来，我国的生产企业积极开发履带起重机产品，新近开发的较大吨位的新产品技术含量高，某些性能已达到世界同类产品的先进水平，并具有多项自主知识产权，国产的品牌逐步被广大用户接受。国产起重机在中、小吨位领域与国外品牌有一定的竞争力。第四个特点是起重机出口剧增，进口锐减。随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的汽车起重机，陆续出现了多种多样的型式；2008年的北京奥运会和2010上海世博会都将拉动对汽车起重机的需求，而且大、重吨位的自卸车所占的比例也将进一步增大。本文简单介绍了近年来国内外有关汽车起重机的应用情况以其发展历程，并大体列举了部分研制成功且投入使用的车型和新近设计车型。另外，对目前拥有的汽车起重机的液压系统进行了详细的设计。1.2 本课题的研究现状及发展趋势1.2.1 近十年来国内汽车起重机的发展史改革开放以来，汽车工业作为国家支柱产业获得了迅猛发展。尤其是加入WTO后，我国稳定的政治与经济环境，广阔的市场和丰富廉价的人力资源，使我国正成为世界先进技术与资本的重要汇聚地。与此同时，国外各大汽车巨头纷纷以合资合作、技贸合作、输出先进总成部件及管理经验等方式进入我国汽车工业，极大地促进了我国起重汽车工业的发展。随着我国城市建设、公路建设及道路运输业的快速发展，汽车更是日新月异，市场逐年增长，并出现了专业化、多元化、重型化、多功能化、智能化等发展趋势。汽车起重机作为生产资料，因各种用途需要，形成了上百种结构和数千个品种，需求量也是千差万别的。为适应专用汽车品种多、批量小、开发周期短的生产特点，绝大多数汽车起重机企业采取了以销定产的灵活供货方式，库存很少。多数企业采用了柔性化生产（一条生产线上可组装多个品种）、有的企业则采用了专业化生产（一条生产线只组装单个品种或少数近似品种）。有的企业只生产单一或少数近似品种，有的则生产许多品种（如10个以上）。多品种经营虽然可以多方位适应市场需求，增加生存适应能力，但由于产品线过宽不利于组织专业化和规模化生产（至于多少辆算规模化生产，应视多种因素，如所占市场份额、市场总需求量、在本企业总产量中的比重等判定），而给生产、经营带来诸多不利；反之，将有利于实现专业化和规模化生产，把有限的优势和精力集中投入到少数优势品种上去。1.2.2 我国汽车起重机存在的问题我国目前汽车起重机的发展虽然取得了一些成绩，但与世界先进国家的汽车起重机发展水平还有一定的距离。目前我国汽车起重机行业存在的问题主要有：（）盲目扩大投资且低水平重复建设严重。近一个时期以来，由于国民经济稳步增长，汽车起重机行业取得了空前发展，企业效益普遍较好；此外，由于国家对新增企业准入门槛设置较低等原因，一方面，原有企业在原始资本积累后，积极扩大厂房设备和产能，另一方面，非汽车行业资本大量向汽车行业转移，这使得国内汽车起重机企业的厂房面积、规模及工艺装备水平得到空前发展，整个行业积聚了大量产能。但是，国内企业在产品研发、市场开拓、企业管理水平等方面投入相对较少，造成低水平重复建设严重。在未来一个时期内，我国的市场竞争将更加激烈；此外，国内汽车起重机生产企业普遍存在做大而不是做强的思想，造成企业大而不强、产品多而不精的局面，综合竞争实力较差。（）高技术、高附加值产品发展缓慢。一些企业过分依赖国外技术，自主开发能力薄弱。我国现有起重机企业中，约70%的企业产品雷同，基本上，产品附加值低。一些高技术、高附加值的起重机车由于企业在产品研发和市场开发方面投入有限，仍摆脱不了进口的局面。（）国内汽车起重机开发生产不能适应发展需要。一直以来，我国起重汽车特别是作业类汽车大多在汽车二类底盘基础上改装生产，很多的起重汽车系统匹配性能差，专用功能不能完全发挥。由于作业类专用汽车品种多、批量小，主机厂不愿意每年为几十辆甚至几辆份的底盘投入过多的资金研发生产，一般的企业也没有条件和实力进行研发生产，而国外的同类产品只要满足安全、环保要求，根据需要可以对底盘进行范围较大的改动。这种差异在一定程度上制约了我国起重汽车向更高水平发展，要从根本上解决这个问题，除了国家政策的引导外，还需全行业共同努力。（）行业管理、标准法规不尽完善。目前汽车行业管理正处于转型期，现行的汽车产品管理制度不尽完善。如国家发改委公告管理制度、国家认监委强制性产品认证制度、国家及地方环保目录制度、车辆上牌管理制度等，多重管理制度给专用汽车生产企业的发展带来了很多制约；此外，标准法规的制修订跟不上产品开发的进度，且行业标准法规体系混乱，执行有很大的随意性，缺乏科学管理，企业不好好执行和把握，严重制约了专用汽车行业的发展。1.2.3 汽车起重机液压系统的发展趋势对汽车起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升机系统提出了新的要求：节能、高效、可靠及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。变幅液压系统的发展趋势也体现为节能高效，目前最先进的为变幅下降是充分利用吊臂和重物的重力势能，实现重力下放，下放的速度由先导手柄来无机级控制，变幅平稳没有冲击。对于具有五节以下伸缩臂的伸缩液压系统，国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式，当采用两级油缸时，上下两油缸实现内部沟通，一般采用插装式平衡阀；对于具有五节以上伸缩的液压系统，采用单缸插销伸缩机构，这种伸缩机构自重轻，能大幅提高起重机的起重性能，能有效的控制整机的重量，通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率。回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所须功率最少，因而回转系统的最高要求是：回转平稳，起重作业无侧载；回转系统的发展趋势为通过小马达、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式，然而最有前途的还是电比例操纵系统，借助于计算机技术和可编程技术，汽车起重机将向智能化发展。第2章 QY25型汽车起重机液压系统方案设计2.1 液压系统总体方案设计液压系统的作用一是通过动力元件将机械能转换成液压能；二是将液压能经过执行元件将液压能转换成机械能，一部机器通常由三部分组成，即原动机传动机工作机。原动及的作用是把各种形态的能量转换为机械能，是机器的动力源；工作机是利用机械能对外做功；传动装置设在原动机和工作机之间，起传递动力和进行控制的作用。而本设计的起重机液压系统就为传动装置。要求系统随动作用快，换向速度高，自动化程度高，安全可靠，寿命长，质量小，结构紧凑，噪声低，成本低。初步确定的设计方案为缸体的设计，动力装置的选择，控制装置的选择，液压原理图的绘制。综合以上因素考虑，液压系统方案设计如下：（1）选择常流式液压循环系统；（2）动力及元件的选择为可逆的定量泵/马达；（3）液压回路的方向控制选择电磁换向阀；（4）自行设计单杆双作用液压缸；（5）对泵、马达及液压阀体进行选择。汽车起重机要完成设计所要求的工作过程，必须具备以下基本液压回路：支腿收放液压回路、回转机构液压回路、伸缩臂伸缩液压回路、伸缩臂变幅回路和吊重起升回路。下面根据QY25型汽车起重机的工作要求，对液压系统的基本回路进行初步设计。2.2 支腿收放液压回路的功能要求及设计汽车起重机作业时，因轮胎是弹性的，如直接承受过大的压力则会带来很大的安全隐患，因此必须首先放下支腿。支腿是汽车起重机的必备工作装置，目的是提高稳定性和安全性，有的车辆自带水平仪，可把车体调整到水平状态，以适应不平的地面。支腿为H型，前后共4组，即每组支腿各有一个水平推力液压缸，一个垂直支承液压缸，工作时支腿外伸后成H形，这种形式的支腿很容易调平，对地面适应性好，在支反力变化过程中不会爬移。其动力元件为齿轮泵，控制装置为阀体，因为次机构的结构和动作复杂，所以，一个阀体很难完成次结构的控制装置，初步选定为组合阀体，其中包括选择阀和换向阀。为了能够满足以上的功能要求设计的支腿收放液压回路的结构如图2.1。2.2.1 水平缸的动作在图2.1所示的支腿收放的液压回路中，当选择阀2被置于上位时，泵排出的油经管路，阀3至支腿水平缸7（共4个，并联）。当水平缸换向阀3置于上位时，压力油进入缸7的无杆腔，四个并联的水平缸伸出；反之，水平缸缩回。1-溢流阀；2-选择阀；3-水平缸换向阀；4-垂直缸换向阀；5-转阀；6-支腿垂直缸；7支腿水平缸；8-齿轮泵；9-滤油器图2.1 支腿液压回路2.2.2 垂直缸的动作在图2.1所示的支腿收放液压回路中，当垂直缸的换向阀4置于上位时，压力油经转阀5、液压锁，分别进入四个支腿垂直缸6的无杆腔，支腿伸出；反之，压力油经阀4、管路、液压锁，分别进入四个垂直缸6的有杆腔，支腿缩回。转阀5为两位开关转阀，共四个并且相互独立。设置转阀的目的是调平车架，当需要调整单独一个垂直缸6的伸出长度时，将相应的开关阀置于“通”位，再扳动阀4即可，其余三个阀关闭，另三个缸不工作，这样可根据水平仪将机体调水平。垂直缸上直接安装有液压锁，以防止起重作业时活塞杆也不会突然缩回（掉腿），这样就防止了重大翻车事故的发生。液压锁还可以防止当行驶或停放时支腿在重力作用下自动下沉。为了保证起重机的稳定，一般要求对后支腿实行先放后收的操作，收放顺序可有操作者来控制，也可根据需要同时操纵前、后支腿的动作。汽车起重机还安装了稳定器。稳定器液压缸与后支腿液压缸油路并联，当放后支腿时，稳定器液压缸的活塞杆会因负载阻力小而先于后支腿液压缸伸出，推动档块将汽车与后桥刚性地连接起来，防止由于钢板弹簧下垂造成后轮胎不能离开地面的弊病，从而改善作业稳定性。在收支腿时，由于车重的作用，支腿液压缸的活塞杆先收回，然后稳定器液压缸的活塞杆才收回，这样可使轮胎平稳着地。2.3 回转机构液压回路功能要求及设计支腿放下将汽车起重机支稳后，就可将上车回转相应角度，将起重吊钩对准作业点，这样工作机构可在更大范围内作业。2.3.1 回转机构液压回路功能要求对回转机构的要求，能在整车稳定后，上车能在固定的水平面上做360度回转，回转机构不论是在空载或是满载的状态下，存在着一定的惯性，这个惯性力要靠一定的装置来取消，由于汽车起重机活动灵活可适合各种路面，包括倾斜的路面，这样要求回转机构不论是在空载或是满载的状态下不至于滑动而倒是重大翻车事件，所以要求此机构要有锁止装置。另外，起重机的操纵机构要求简单方便，能狗用最简单的操纵方法来完成复杂而繁重的工作过程，要求对控制装置阀体进行仔细的分析和选取，阀的选取将在第四章进行介绍，动力装置选择泵体，执行原件选择液压马达，这样可可完成预想的工作流程。2.3.2 回转机构液压回路的设计根据机构的功能要求，设计的回转机构的液压回路如图2.2所示。将选择阀4置于下位时，泵排出的油经管路、阀、管路、中心回转接头通至上车。回路中设有外控制顺序阀，其调压范围是59Mpa。管路的液压压力小于5Mpa时，顺序阀关闭，液压油只能经管路、组合阀向蓄能器充液。若蓄能器的的压力达到9Mpa（达到工作油要求），则顺序阀打开，液压供给回转机构。多路换向阀中的阀4为三位六通换向阀，当其阀心处于中位时，从泵流出的油经回油管和过滤器2回到油箱1，此时处于停止位。当将阀心置于下位时，液压油驱动轴向柱塞马达12顺时针或逆时针回转，再通过小齿轮与大齿轮啮合，驱动作业架回转，作业架回转速度13r/min。回转时上下平台液压元件的连接靠中心回转接头7连接，可不受相对转动的影响。整个作业架的转动惯量特别大，当作业架需停留在某一位置时不能滑动，因此在回路中设有一单向阀和回转回路溢流阀3（调定压力为17.5Mpa）.其做用是当动力原件泵体持续泵入油液的时候，流入马达的液压油及压力也就相应的增大，当油量达到某一极限时可能将链接动力原件于执行原件的油路涨破，而导致系统瘫痪，而溢流阀的作用就是当泵体泵出的油的压力过大时，并且达到某一极限时，我们规定为17.5MPa溢流阀自动打开，将高压油泄入油箱当中，起到保护系统的作用。 1-泵体；2-单项阀；3-单向溢流阀；4-换向阀；5-柱塞马达；6-滤油器图2.2 回转机构液压回路2.4 臂架变幅液压回路功能要求及设计当回转停止后，操作者估计吊钩与重物的角度，此时需将变幅回路进行调整，变幅回路的作用是改变臂架的起落位置，使之与车体形成一定角度，增加起重机的工作范围，臂架变幅主要分为两个工作过程，第一是起重机空载时调整起重臂的高度，将起重臂至于要起重物体之上，这个过程称之为微调。第二是起重机满载的状态下来调节起重臂的高度，这就要求起重臂能在两种压力下工作，并且在两种工况下能狗达到保压的状态，从而来完成预定的工作。通过分析臂架变幅液压回路的工作状况可以的到的结论是控制原件为阀体较为合理，既能起到控制作用有能保证回路中的压力，这里，选择控制的阀体为三位六通阀，既能保证控制的灵活稳定同时又能保证通路中的液体始终保持流动状态，为了满足锁止装置的作用，这里选择将平衡阀放在通路中来保证回路的压力。平衡阀主要是有一个单向阀和一个溢流阀同时组成的组合阀，为了满足以上设计要求，设计如图2.3所示的臂架变幅液压回路。其工作过程，对准作业点后操纵伸缩臂回路，使吊钩处于重物正上方。是伸缩臂是一种举升和下放重物的机构，由伸缩臂缸驱动。伸缩臂回路的液压油来自于齿轮泵5，泵排出的压力油经中心回转接头、管路进行伸缩臂换向阀3。1-变幅缸；2-组合阀；3-控制阀；4-单向阀；5-齿轮泵；6-滤油器 图2.3 臂架变幅液压回路伸缩臂换向阀3置于下位时，压力油经平衡阀中的单向阀进入缸14的无杆腔，使活塞上移，吊臂伸出，吊起重物；阀3置于上位时，液压油进入缸1的有杆腔，同时，液压油经控制油路将平衡阀的顺序阀推开，该缸的无杆腔回油使活塞下移，吊臂缩回，放下重物。如果吊臂在外负载做用下，缩回速度超过供油速度时，管路中的压力随之降低，平衡阀的顺序阀开度变小，液压缸缩回速度即被有效的控制。伸缩臂回路中溢流阀的调定压力为17Mpa。阀3置于中位时，液压缸有杆腔迅速卸载，平衡阀迅速关闭，活塞既停止下降，并被锁定在该位置，此时，齿轮泵的油通至变幅换向阀3。在阀体3与缸1之间装有一个在重物下降时限制下降速度的平衡阀28，形成平衡回路。2.5 伸缩臂液压回路的功能要求及设计当前面的一切工作准备就绪后，进入的是主要的工作状态，即重物的起升，对准作业点后操纵伸缩臂回路，使吊钩处于重物正上方。是伸缩臂是一种举升和下放重物的机构，伸缩机构必须保证缸体具有一定的长度，使之能够满足将重物在原有的基础上提升到一定的高度，一般这个高度根据不同吨位的起重机而定。在将重物起升一定高度的同时，还要保证重物能够在操作着的控制下保证足够的时间，不至于掉下来，这就是起重机中所说的锁止装置。另外此系统为长流式液压起重系统，所以要保正伸缩臂缸不能因为液体的积累是缸体破裂，因而要求有一定的保护装置，这种装置要求在重物静止时，保证重物不能因为重力的作用而下沉，这里选择平衡阀来控制这个液压回路。对伸缩臂回路的设计如图2.4所示。 1-齿轮泵；2、3-单向溢流阀；4-组合阀；5-伸缩缸；6-单向阀；7-三位六通换向阀；8-滤油器图2.4伸缩臂液压回路伸缩臂缸的工作情况，伸缩臂回路的液压油来自于齿轮泵1，齿轮泵1排出的压力油经管路进入伸缩臂换向阀7。伸缩臂换向阀7置于下位时，压力油经平衡阀中的单向阀进入缸5的无杆腔，使活塞上移，吊臂伸出，吊起重物；阀7置于上位时，液压油进入缸5的有杆腔，同时，液压油经控制油路将平衡阀的顺序阀推开，该缸的无杆腔回油使活塞下移，吊臂缩回，放下重物。如果吊臂在外负载做用下，缩回速度超过供油速度时，管路中的压力随之降低，平衡阀的顺序阀开度变小，液压缸缩回速度即被有效的控制。伸缩臂回路中溢流阀的调定压力为17Mpa。阀7置于中位时，液压缸有杆腔迅速卸载，平衡阀迅速关闭，活塞既停止下降，并被锁定在该位置，此时，齿轮泵1的油通至变幅换向阀7。在阀7与缸5之间装有一个在重物下降时限制下降速度的平衡阀2，形成平衡回路。这就是伸缩臂液压回路的工作状况，既能完成大符合的工作，又能实现简单的操作由于伸缩缸有多节，从而保证了起升高度高，占地面积小，便于安排机构。2.6 吊重起升液压回路的功能要求及设计吊重起升液压回路其主要功能是实现垂直起升和放下重物，当将起重机定位，调整好臂架的位置，之后的工作便是起升重物，而起升重物时，起重机要根据操作者的要求来改变自身的速度，这样不能只一个速度上升，要求分有快档和满档两种档位供操作者选择，同样下降时也应有两档工作，来适合不同的工作状况。从而使得工作能够更有效率。另外，还要求重物能够在不同的高度停止，上升和下降。这样就必须对回路要求有一定的控制和和锁止装置。来起到保压的工作状态，对此回路设计如图2.5所示。1-液压马达；2-平衡阀；3-梭阀；4-溢流阀；5-五位六通换向阀；6-单向阀；7-齿轮泵；8-滤油器 图2.5 吊重起升液压回路下面介绍吊重起升液压回路的工作状况，将这个工作过程分为四个部分，分为慢档上升、快档上升、慢档下降和快档下降四个部分，进行一一分析。1、慢档上升操作者将阀5置于向上第一挡时，泵7排出的液压油经中心回转接头、管路、阀7和平衡阀中的单向阀进入起升马达1的油口A（起升马达18驱动减速器和卷筒提升重物，实现举重上升），马达1以低转速工作，使重物慢速起升。泵7排出的油经阀5的中位排出后，经管路回油箱。2、快档上升操纵者将阀5置于向上第二挡时，泵7从阀5的中位排出液压油后，经单向阀6与另外泵的液压油合流进入马达1的油口A，此时进入A口的流量增大，起升马达1以高转速工作，重物快速起升。B口出来的油经阀5、管路回油箱。3、慢档下降操作者将阀5置于向下第一挡时，泵7的液压油进入马达1的油口B，同时控制油推开平衡阀的顺序阀，马达1以低转速工作，重物慢速下降。泵7排出的油经阀5回油箱。4、快档下降操作者将阀5置于向下第二挡时，泵7与另外泵的液压油合流进入马达1的油口B，起升马达1以高转速工作，重物快速下降。阀3为平衡阀，当负载减小及重物的自重欲使马达超速旋转时会发挥作用，这时马达1的油口B的压力低于油口A的压力，平衡阀的顺序阀开度减小，马达转速受限制，以防止负载超速下降；另一作用是当平衡阀2与阀3之间的管路破裂时，可防止负载突然下落。综上所述，在起重机的伸缩、变幅和起升等回路中，分别设置了平衡饭，保证了起重机操作安全、工作可靠和运动平稳。在起升回路中安装的溢流阀4起安全作用，其调定压力值设定位1Mpa。2.7 本章小结本章主要是对QY25型汽车起重机液压系统方案的设计，通过给出的工况要求来设计各液压回路，从而来实现预定的工作要求，另外对所设计的液压系统进行工作原理分析。具体说明此系统是如何工作。如何将机械能转换成液压能在转换成机械能的工作过程，通过各个支路的设计及分析，来确定整个液压系统的原理及绘图。为以后原理图的绘制奠定了基础。第3章 QY25型汽车起重机液压系统执行装置设计 汽车起重机液压系统执行原件主要有液压缸和液压马达两种装置，本章主要是对液压回路执行原件进行设计，主要是缸体的设计。3.1 液压系统已知参数 表3.1 液压系统已知参数起升速度 左右幅度 伸缩缸的行程 支腿缸的行程 变幅缸的行程 支腿回路的最大工作压力 齿轮泵1.1的转速 齿轮泵1.2的转速 齿轮泵1.3的转速 起重机自身重量 变幅缸的工作压力 所有液压缸的工作效率 起重总重量 齿轮泵的流量 3.2 支腿收放执行元件的设计3.2.1 支腿收缩缸的设计 根据支腿缸的工作状况，所处的环境以及承受的重量。对此收缩缸进行参数的选择，和额定参数的确定。工作压力：工作效率：起重机的自身重量12t，起重重量25t，由于支腿有四个相同的液压缸进行分配所以有：支承重量：；即平均每个支腿的承受重量为7吨。1、液压缸的有效工作面积 （3.1）式中 液压缸有效工作面积；液压缸负载；液压缸机械效率；液压缸工作压力。在本设计中，；。带入式（3.1）中，得由，得：查设计手册选支腿缸的内径：；面积比：，即：式中 无活塞杆腔面积； 有杆腔的面积；流入无活塞杆腔油液的速度； 流入有杆活塞杆腔油液的速度。由，液压缸活塞杆的直径2、液压缸的最大行程根据起重机支腿以及底盘的离地高度确定： 3、最小导向长度 4、液压缸的外径壁厚 参考新编机械设计手册缸筒的标准：选则壁厚为：12.5；缸的外径：取105。5、活塞的宽度：6、查机械手册1 7、单杆活塞式液压缸外伸时的输出速度（1） (3.2)式中 液压缸有效工作面积； 流入液压缸的流量。代人式（3.2）中，得： （2）单杆活塞式液压缸活塞输入时的输出速度即：（3）液压缸的作用时间： （3.3）式中 V液压缸的面积；A液压缸的作用面积；S液压缸行程；Q进入（或流出）液压缸的流量。带入公式3.3中，得：t=200s3.2.2 支腿水平缸的设计根据已知参数及系统的工作压力和环境，可以确定：工作压力：MPa；工作效率：；支承重量：t。1、液压缸的工作面积：由公式（3.1）得：mmm查新编机械设计手册取缸径为mm。面积即：mm查机械手册水平液压缸活塞的直径mm。2、液压缸的最大行程：根据液压缸的伸缩长度取：mm。3、最小导向长度： mm。4、液压缸的外径壁厚： 查新编机械设计手册2 选则缸筒的厚度：d=12.5mm；缸筒的外径：D=75mm。5、活塞的宽度：根据公式： (3.4)式中 液压缸的内径； 活塞的导向产度。本设计中D=50。代入公式3.4中，得： =0.850=40mm6、查机械手册 mm mm mm mm mm mm3.2.3 变幅缸的设计根据变幅工作情况和工作环境确定：工作压力：；工作效率：；起重质量：。1、液压缸的有效工作面积的确定= =所以：D=，根据标准即变幅缸的内径尺寸：D=140 面积比： 即：mm。往返速度比：。2、活塞杆直径的确定：根据公式： （3.5） 查机械手册知道取活塞杆的直径，即：mm3、液压缸的最大行程查机械手册得14、最小导向长度的确定根据公式： （3.6）式中 液压缸的行程； 液压缸的内径； 导向长度。代入公式（3.5）中，得：5、查机械手册液压缸的外径1 6、活塞的宽度根据公式 （3.7） 7、查机械手册3 mm mm mm mm 8、流速的确定根据公式（3.2）得： 式中 Q进入液压缸的流量（）；A液压缸内腔的作用面积（）。（1）单杆活塞式液压缸缩入时的输出速度 （2）液压缸的储油量 A液压缸的作用面积；S液压缸的行程。3.3 缸体的联接及材料1、缸体端部联接模式采用简单的焊接形式，其特点：结构简单，尺寸小，重量轻，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内径不易加工。所以在加工时应小心注意。主要用于柱塞式液压缸。2、缸体的材料（45号钢）液压缸缸体的常用材料为20、35、45号无缝钢管。因20号钢的机械性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需要焊接时，则应采用焊接性能比较号的35号钢，粗加工后调质。一般情况下，均采用45号钢，调质到250HB。缸体毛坯也可采用锻钢、铸钢或铸铁件。铸钢可采用ZG35B等材料，铸铁可采用HT200HT350之间的几个牌号或球墨铸铁。特殊情况可采用铝合金等材料。3、缸体的技术要求（1）缸体内径采用H8配合。表面粗糙度：Ra为0.3，且需衍磨。（2）缸体内径D的圆度公差值可按10级精度选取，圆柱度公差值按8级精度选取。（3）缸体端面T的垂直度公差可按7级精度选取。（4）当缸体与缸头采用螺纹联接时，螺纹应取为6级精度的公制螺纹。（5）当缸体带有耳环或销轴时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线的垂直公差值应按9级精度选取。（6）为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面应镀以厚度为3040的铬层，镀后进行衍磨或抛光。3.4 液压缸主要零件结构、材料及技术要求3.4.1 活塞1、活塞与活塞杆的联接形式活塞与活塞杆的联接型式见表3.1表3.1 活塞与活塞杆的联接型式联接方式备注说明整体联接用于工作压力较大而活塞直径又较小的情况 螺纹联接常用的联接方式半环联接用于工作压力、机械振动较大的情况下通过对缸体的设计及工作要求分析，确定活塞与活塞杆的联接形式有表3.1选择为螺纹联接。2、密封元件选择活塞与缸体的密封结构，随工作压力、环境温度、介质等条件的不同而不同。常用的密封结构见表3.2。表3.2 活塞与缸体的密封形式密封形式备注说明间隙密封用于低压系统中的液压缸活塞的密封活塞环密封适用于温度变化范围大，要求摩擦力小、寿命长的活塞密封1O型密封圈密封密封性能好，摩擦系数小；安装空间小，广泛用于固定密封和运动密封Y型密封圈密封用在20MPa下、往复运动速度较高的液压缸密封结合本设计所需要求，采用O型密封圈密封比较合适。3、活塞的材料液压缸常用的活塞材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢及铝合金等，这里采用耐磨铸铁。4、活塞的技术要求（1）活塞外径D对内孔的径向跳动公差值，按8级精度选取；（2）端面T对内孔轴线的垂直度公差值，按7级精度选取；（3）外径D的圆柱度公差值，按10级精度选取。5、活塞杆端部结构活塞杆的端部结构分为外螺纹、内螺纹、单耳环、双耳环、球头、柱销等多种形式。根据本设计的结构，为了便于拆卸维护，可选用内螺纹结构外接单耳环。（1）端部尺寸采用内螺纹联接。查表37-7-4，按照本设计要求，选用直径螺距-螺纹长=。（2）活塞杆结构活塞杆有实心和空心两种。实心活塞杆的材料为35、45号钢；空心活塞杆材料为35、45号无缝钢管。本设计采用实心活塞杆，选用45号钢。6、活塞杆的技术要求（1）活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229285HB，必要时，再经过高频淬火，硬度达HRC4555。在这里只需调质到250HB即可；（2）活塞杆径和的圆度公差值，按911级精度选取。这里取10级精度；（3）活塞杆径和的圆柱度公差值，按8级精度选取；（4）活塞杆对的径向跳动公差值为0.01mm；（5）端面T的垂直度公差值，按7级精度选取；（6）活塞杆上的螺纹，一般应按68级精度加工。这里由于载荷不是很大，机械振动也较小，可按7级精度制造；（7）活塞杆上工作表面的粗糙度为Ra0.63m，为了防止腐蚀和提高寿命，表面应镀以厚度约为40m的铬层，镀后进行衍磨或抛光。图3.2 活塞杆3.4.2 活塞杆的导向、密封和防尘表3.3 导向套的导向方式导向方式备注说明缸盖导向减少零件数量，装配简单，磨损相对较快导向套导向管通导向套可利用压力油润滑导向套，并使其处于密封状态可拆导向套容易拆卸，便于维修。适用于工作条件恶劣、经常更换导向套的场合球面导向套导向套自动调整位置，磨损比较均匀1、导向套（1）导向套的导向方式、结构见下表：由于本设计举升机，主要用于车辆的维修，在工作过程中液压缸伸缩的次数相对较少，所以磨损程度也相对较少。为了减少零件数量，降低成本可以采用缸盖导向的导向方式。（2）导向套材料导向套的常用材料为铸造青铜或耐磨铸铁。由于选用的是和缸盖一体的导向套，所以材料和缸盖也是相同的，都选用ZG45铸钢。（3）导向套的技术要求导向套的内径配合一般取为H8/f9，其表面粗糙度则为Ra0.9。2、活塞杆的密封与防尘这里仍采用O型密封圈，材料选择薄钢片组合防尘圈，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/f9选取。薄钢片厚度为0.5mm。3.4.3 液压缸的排气装置排气阀用于排除液压缸内的空气，使其工作稳定。通常将排气阀安装在液压缸的端部，双作用液压缸应安装两个排气阀。常用的排气阀结构尺寸如图3.4。图3.4 排气阀的结构3.4.4 液压缸安装联接部分的型式1、液压缸进出油口接头的联接形式查新编机械设计手册，进出油口的联接方式有多种。根据工作环境及进出油口液压油的压力的要求，系统中无论是油道或是联接动力原件与执行原件油路中的油压均为中高压，为了防止由于油的压力过高而使油路与各原件脱离。这里选择螺纹联接。2、缸盖的材料液压缸的缸盖可选用35、45号锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT300、HT350铸铁等材料。在这里选择ZG45铸钢。缸盖按11级精度选取。3.4.5 计算液压缸的主要结构尺寸1、液压缸的相关参数和结构尺寸液压缸有关的设计参数见图3.5所示：（a）液压缸活塞杆工作在受压状态 （b）表示活塞杆受拉状态。图3.5 液压缸运动示意图活塞杆受压时活塞杆受拉时 （3.8）式中 无杆腔活塞有效工作面积 ；有杆腔活塞有效工作面积 ；液压缸工作腔压力（Pa）；液压缸回油腔压力 Pa，其值根据回路的具体情况而定，一般可以按照下表估算；D活塞直径（m）；d活塞杆直径（m）。根据给出的这些参数和公式。就可将要计算的数据计算出来。3.5 本章小结本章是液压缸的设计和个别液压缸体的选取，通过对液压缸的选择和设计总结出了液压缸的工用、分类。液压缸是整个系统的主要执行元件之一，在系统中起着无可替代的作用，是将液压能转换成机械能的元件。设计液压缸需要考虑的问题很多，包括钢筒的壁厚，承受的压力，以及起升的高度等等，此项设计是液压与机械两门学科的综合运用。第4章 QY25型汽车起重机动力元件及辅件选择 起重机由多种元件组成，包括动力元件，执行元件和控制元件，这一章中主要是进行动力元件及辅件的选择。4.1 齿轮泵在液压系统中，液压泵和液压马达都是能量转换装置。液压泵是把驱动电动机的机械能转换成液压系统中油液的压力能，供系统使用；液压马达是把输来的油液的压力能转换成机械能，使工作部件克服负载而对外做功。因此，就工作原理而言，大部分液压泵和液压马达是可逆的。齿轮泵是一种常见的液压泵。它的主要优点是：结构简单，制造方便，造价低，外形尺寸小，重量轻，自吸性能好，对油的污染不敏感，工作可靠。由于齿轮泵中的啮合齿轮是轴对称的旋转体，故允许转速较高。其缺点是流量不均匀和困油现象比较突出，噪声高，排量不能调节。低压齿轮泵的工作压力为2.5MP；中高压齿轮泵的工作压力为1620MP；某些高压齿轮泵的工作压力已达32MP。齿轮泵的最高转速一般可达3000r/min左右，在个别情况下，最高转速可达8000r/min。齿轮泵的低速性能差，当其转速低于200300r/min时，容积效率降到不能允许的地步。齿轮泵利用一对齿轮的啮合传动，使吸、排油腔的容积变化进行工作。啮合的齿轮为其核心部件，按照它们的啮合形式不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。外啮合齿轮泵一般都采用一对相同的渐开线齿轮；内啮合齿轮泵中的齿轮除了采用渐开线齿形外，还可采用摆线齿形。所以根据转速和压力的参数这里选择外啮合齿轮泵。4.1.1 齿轮泵参数的选择（1）确定液压泵的最大工作压力由公式 （4.1）式中 液压缸最大工作压力； 液压泵的最大工作压力；从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失。根据公式4.2. （4.2）可以求出：初算可按经验数据选取：管路简单、流速不大的取0.20.5Mpa；管路复杂，进油口有调速阀的，取0.51.5 Mpa。这里取0.5Mpa。即：（2）确定液压泵的流量K 系统泄漏系数，一般取1.11.3，这里取1.2；液压缸的最大流量，对于在工作中用节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取。在前面已经初步选定台面速度变化量=0.16m/s， 我们就设定台面起升的最大速度，则活塞的运动速度应用公式：，（这时在台面刚刚起升状态时，）；所以：。表4.1 齿轮泵的参数型号排量压力转速特点生产厂额定最高额定最高CB-1040162018002400铝合金壳体榆次液压件厂（3）选择液压泵的规格 根据以上求得的和值，按系统中拟订的液压泵的形式，从手册中选择相应的液压泵产品。为使液压泵油一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大2560%。查找手册P37-135选择CB-型齿轮泵，其参数如表4.1：（4）确定液压泵的驱动功率在工作中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，则式中 液压泵的总效率，参考下表选择=0.7。表4.2 几种液压泵的效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.60.70.650.800.600.750.800.85则，据此可选择合适的液压泵的型号。4.2 液压阀液压阀在液压系统中，用于控制系统中液油压力、流量和方向的元件。对整个液压系统起到调节和控制的做用，同时由于液压阀有一定的压力限制，故也对各液压元件起到保护的作用。液压控制阀的种类繁多，除了不同品种、规格的通用阀外，还有许多专用阀和复合阀。就液压阀的基本类型来说，一般可分为：1、压力控制阀用来控制和调节液压系统中液流的压力或利用压力控制的阀类称为压力控制阀，如溢流阀、减压阀、顺序阀、电液比例溢流阀、电液比例减压阀等。本设计中的溢流阀选用直动式DBDH25P10型。2、流量控制阀用来控制和调节液压系统中液流流量的阀类称为流量控制阀，如节流阀、调速阀、分流阀、电液比例流量阀等。3、方向控制阀用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类称为方向控制阀，如单向阀、换向阀。根据手册P37-429液压控制阀的选取部分，选择单向阀S型（力士乐）S15A1：额定压力31.5MPa；15公称直径为15mm；A联接方式为管式直通；1开启压力代号为标准型。根据工作环境和工作压力以及控制的复杂性选择液控单向阀S型（力士乐）SL15G20：额定压力31.5MPa；L回油方式为外部回油；15通径为15mm；G联接方式为螺纹联接；20系列号。根据油路中的压力、换向数量及工作环境，选择广研型换向阀系列三位四通换向阀为 34D-63BJ：34三位四通 D阀的电磁铁线圈通电方式为干式交流；63流量63L/min；B板式联接；J滑阀机能代号。二位四通换向阀为 24D-63B，二位三通换向阀为23D-63B。单向调速阀选用MSA型 MSA30EP63：额定压力为21MPa；30通径；P板式联接；63流量63L/min。4.3 油箱容量及管道尺寸的确定 1、油箱容量的确定在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。初设计时，按经验公式计算 （4.3）式中 液压泵每分钟排出压力油的容积；本设计中，为。 经验系数，按表4.3取=4：则。表4.3 经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械122457612102、管道尺寸的确定在液压、气压传动及润滑的管道中常用的管子有钢管、铜管、胶管等，钢管能承受较高的压力，价廉，但安装时的弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。这里我们采用钢管连接。管道内径计算 （4.4）式中 Q通过管道内的流量；管道内允许流速，取值见表4.4。表4.4 允许流速推荐值油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管道0.51.5，一般取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.分别应用上述公式得=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根据内径按标准系列选取相应的管子。按表37-9-1经过圆整后分别选取=20mm，=10.7mm,=15mm。对应管子壁厚。4.4 本章小结本章通过确定液压泵的参数来选择液压泵，从而了解了液压泵的种类和结构特点以及工作原理。另外也根据流量确定管道的尺寸和排量，由液压泵和管道的选择确定油箱的容量。对