汽车起重机伸缩臂系统综述

.论文论文题目：汽车起重机伸缩臂系统综述姓 名 学 号 学 院 班 级 专 业 汽车起重机伸缩臂系统综述摘 要：随着经济建设的迅速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场汽车起重机的需求也随之增加。汽车起重机为安装在标准式或特制汽车底盘上的起重设备。而臂架是起重机的主要承载构件。起重机通过臂架直接吊载，实现大的作业高度与幅度。臂架的强度决定了最大起重量时整机起重性能，其自重直接影响整机倾覆稳定性，因而臂架结构设计的优劣，将直接影响整机的性能，如整机重量、整机重心高度和整机稳定性等。所以要在保证臂架安全工作的条件下尽量减轻臂架的重量，这对提高整机质量和经济性具有很大的现实意义。针对徐工50t汽车起重机伸缩机构的分析和研究，从而改进汽车起重机的整机性能，降低成本，同时提高了起重机的作业能力及使用经济性。目前伸缩臂机构有两种形式，绳排系统和单缸插销式。绳排系统在中国已经应用的比较成熟，也是一种历史比较悠久的技术。此技术的优点是臂长变化容易、工作臂长种类多、可以带载伸缩、实用性很强，缺点是自重重、对整机稳定性的影响较大。关键词：伸缩臂；液压缸；臂架结构Abstract：Boom is the main host of crane components. Directly through the jib crane hanging load, to achieve great height and range operations. Arm strength determines the maximum time from the weight lifting machine performance, its weight directly affect the machine overturning stability, structural design and therefore merits of boom, will directly affect the overall performance, such as the weight of the whole machine center of gravity height and machine stability. Thus, to ensure safe working conditions of boom to minimize the weight of boom, which improves overall quality and economy of great practical significance. Keywords：Telescopic boom; hydraulic cylinder; Structure of boom .1.1 QY40全液压起重机主要技术参数整机主要性能参数最大起重量*幅度 40t*3m最大起升高度 46 m滑轮组倍率 11主臂长 11-33.5m（4节）主臂全程伸缩时间 162Sec主臂变幅范围 -2-80degree主臂变幅时间 60Sec主卷扬单绳速度 0-110 m/min副卷扬单绳速度 40 m/minM最大起升力矩 1401 kN.m最大回转速度 0-2.0 r/min最高行驶速度 68 km/h最大爬坡度 37%最小转弯半径 12m行驶状态总重 37.51t外形尺寸 13.652.753.46m支腿距离(纵向横向) 5.456.2m上车空冷发动机 斯太尔WD615.61 最大功率 191KW（2600rpm）最大扭矩 828Nm(1600rpm)1.2起重机的技术参数表征起重机的作业能力，汽车式起重机的主要技术参数包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。这些参数表名起重机工作性能和技术经济指标，它是设计起重机的技术依据，也是生产使用中选择起重机技术性能的依据。（1）起重量 起重机起吊重物的质量称为起重量，通常以Q表示，单位为kg或t。起重机的起重参数通常是以额定起重量表示的。所谓额定起重量是指起重机在各种工况下安全作业所容许的起吊重物的最大质量的值，它是随着幅度的加大而减小的。带有吊钩的起重机的额定起重量不包括吊钩和滑轮组的自重。汽车式起重机的额定起重量随着吊臂的方位（侧方、后方、前方三个基本作业方位）不同而有所变化。汽车式起重机的额定起重量还分支腿全伸、不用支腿吊臂行驶3种情况。起重机吊重行使时，起重臂必须前置。起重机不用支腿作业和吊重行使时的额定起重量决定于轮胎、车桥（或轮对转向架）的承载能力。（2）起升高度起升高度是指从地面或轨道顶面至取物装置最高起生位置的铅垂距离（吊钩取取钩环中心），单位为米。如果取物装置能下落到地面或轨面以下，从地面或轨面至取物装置最低下放位置间的铅垂距离称为下放深度。此时总起升高度H为轨面以上的起升高度h2和 轨面以下的下放深度h3之和，H=h2+h3。由于汽车式起重机的起升高度随着臂架仰角和臂架长度变化，在各种臂长和不同臂架仰角时可得相应的起升高度曲线。汽车式起重机起升高度的选择按作业要求而定。在确定起升高度时，应考虑配属的吊具、路基和汽车高度保证起重机能将最大高度的物品装入车内。汽车式起重机的最大起升高度的确定是根据起重机作业要求和起重机总体设计的合理性综合考虑。（3）幅度旋转臂架式起重机处于水平位置时，回转中心线与取物装置中心线垂直之间的水平距离称为幅度（R）。幅度的最小值Rmax和最大值Rmin根据作业要求而定。在臂架变幅平面内起重机机体的最外边至取物中心铅垂线之间的距离称为有效幅度，有效幅度可为正值或副值。汽车式起重机有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于侧向最小幅度时，取物装置中心铅垂线至该侧两支腿中心连线的水平距离，它表示汽车式起重机在最小幅度时工作的可能性。汽车式起重机的幅度R。（4）起重力矩起重力矩是臂架类起重机主要技术数据之一，它等于额定起重量Q和其相对应的工作幅度R的乘积，即M=QR，起重力矩一般用tm为单位。伸缩回路伸缩回路如图3.4所示：图3.4伸缩回路此伸缩回路采用电磁液动阀组来控制各臂的伸缩，除了不能同步伸缩外，其他的伸缩方式都可以。3.3.1性能要求起、制动平稳，各缸应具有一定的伸缩选择性能；3.3.2主要元件单向定量泵（4与变幅、支腿回路共用）、电液比例换向阀（24）、二位六通转阀（23）、缸（25、26、27）、电磁-液控组阀（30、31）、平衡阀（29）、单向阀组（28）3.3.3主要回路缸25、26、27伸出、缩回油路，控制油路3.3.4功能实现和工作原理(1) 缸25伸出A）控制回路35-1（常） 35-4（下位） （向伸缩臂油路通油）37-2（右移） 电流 24（右）油 油箱 （24左移）23右转 （切换成伸缩状态）B）主油路4 35-4（下位） 24（右） 23（左）B 25 30-1（上） 29-1（开） 25（无杆腔） （缸25伸出）25（无杆腔）A 23（左） 24（右） 油箱 （回油）(2)缸25缩回A）控制回路35-1（常） 35-4（下位） （向伸缩臂油路通油）37-1（左移）电流 24（左）油 油箱 （24右移）23右转 （切换成伸缩状态）B）主油路4 35-4（下位） 24（左） 23（左）A 25（有杆腔） （缩回） 25(无) 29-1(开) 30-1(上) 25 B 23(左) 24(左) 油箱 （回油）(3)缸26伸出A）控制回路35-1（常） 35-4（下位） （向伸缩臂油路通油）37-2（右移 电流 24（右）油 油箱 （24左移）23右转 （切换成伸缩状态）DF5（+） 30-2（上位） 30-1（下位） （连通缸26油路）B）主油路4 35-4(下位) 24(右) 23(左)B 25 30-1(下) B31-1(上)29-2（开） 26 （无杆腔） （缸26伸出）26(有杆腔) 25(有杆腔) B 23(左) 24(右) 油箱 (回油)(4)缸26缩回A)控制回路37-1（左移）电流 24（左）油 油箱 （24右移）其它的跟伸出相同B）主油路4 35-4(下) 24(左) 23(左)A 25(有杆腔)A 2 6(有杆腔) (26缩回)26(无杆腔) 29-2（开） 31-1(上) 26 B 30-1(下) 25 B 23（左）24（左） 油箱 （回油）(5)缸27伸出A）控制油路DF6（+） 31-1（下位）其它的跟缸26伸出控制一样B）主油路跟缸26伸出相似(6)缸27缩回2.2伸缩臂架的截面形式分类伸缩臂是受弯为主的双向压弯构件，除受有整体强度、刚度、稳定性的约束限制外，主要受局部稳定性约束。因此采用何种截面形式使吊臂的自重较小、材料的利用充分，是伸缩式吊臂设计的关键技术。以下是目前伸缩式吊臂常见的截面形式(如图2.2所示): 伸缩臂可以制成几种典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五边形、六边形、八边形、大圆角矩形以及椭圆形截面等。其中，矩形截面是由翼缘板和腹板焊接而成的，它是目前轮式起重机伸缩臂中用得最多的截面形式。与其他截面形式相比，矩形截面的制造工艺简单，具有较好的抗弯能力和抗扭刚度，因此，中、小吨位轮式起重机的伸缩臂通常都采用这一形式，但是这种截面没有充分发挥材料的承载能力，为了使伸缩臂各节之间能很好地传递扭矩和横向力，需设附加支承。梯形截面的上翼缘板窄，下翼缘板宽，截面中性层靠下能发挥上翼缘板的机械性能，提高腹板的稳定性，前部滑块可接近腹板布置，后部滑块传递给上翼缘板的集中力，因上翼缘板窄，产生的弯曲力矩减小。梯形截面的扭转刚度和横向刚度均较矩形截面大，但是，这种截面的下翼缘板宽，对局部稳定不利，材料性能得不到充分发挥，且需设侧向支承装置，这是梯形截面的缺点。倒置梯形的下翼缘板窄，上翼缘板宽，对提高下翼缘板的局部稳定性很有好处，材料能得到充分利用，且和梯形截面一样，具有较大的横向刚度和扭转刚度，倒置梯形伸缩臂对安装变幅油缸较为有利，但是这种截面对上翼缘板的局部弯曲和腹板的稳定性不是很有利，亦需设侧向支承。梯形和倒置梯形截面的伸缩臂通常用于大吨位的轮式起重机。八边形和大圆角矩形截面的下翼缘板和腹板的实际计算宽度较小，有利于提高抗失稳的能力。前后滑块均支承在四角处，伸缩臂各板不产生局部弯曲，且能较好地传递扭矩与横向力，因此这两种截面形式的伸缩臂能较好的发挥材料机械性能，减轻结构自重。对大吨位轮式起重机采用这种截面形式是合适的。制造这两种截面形式的吊臂，需要大型轧床，但是随着工业的发展，这两种形式的吊臂应用会逐渐增多。LIEB班RR的LTM1300起重臂的截面采用了椭圆形截面，其截面上弯板为大圆弧槽形板，下弯板为椭圆形槽形板，且由下向上收缩，其重量优化，抗扭性能显著，具有固有的独特稳定性和抗屈曲能力。DEMAG也使用椭圆形吊臂截面形式。GROVE和TADANO采用大圆弧六边形截面，根据需要，腹板上设计横向和纵向加筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO采用四边形截面，也采用加劲筋解决腹板的抗屈曲能力。大圆弧六边形截面在国内己广泛使用，泰起在其新品QY50A上也首次使用，其它厂家目前还在使用四边形截面。目前，椭圆形起重臂的技术代表最高水平，其优势很明显，由于不需采用加筋，因而每节臂截面的变化很小，有利于减轻起重臂的重量，提高起重机的起重能力。但是截面的成型难度大，生产周期长。3.1国内外主要厂家 国内最大的汽车起重机生产厂是徐工。还有中联重工、三一重工等。国外著名的汽车起重机生产厂是德国的利勃海尔、美国的特雷克斯等利勃海尔家族企业由汉斯利勃海尔在1949年建立。公司的第一台移动式、易装配、价格适中的塔式起重机获得巨大的成功，成为公司蓬勃发展的基础。今天，利勃海尔不仅是世界建筑机械的领先制造商之一，它还是其他许多领域的技术创新用户导向产品与服务的客户认可供应商。多年以来，家族企业已经发展成为目前的公司集团，拥有大约 26000 名员工，在各大洲建立起 100 余家公司。4.国内外汽车起重机发展概况及趋势汽车起重机发展趋势国内发展趋势中国的汽车式起重机的生产企业要想在本领域生存与发展，需要做的事情还很多，由于市场需求的增大，也要求生产企业不断创新，在保证起重机性能的基础上还要不断开发出更大吨位的新产品，满足市场的需求。只有这样才能从市场中获得养分和活力使自己生存，在生存中发展，在发展中壮大。 主要的发展趋势应该有以下几点： 扩大产品的品种 在企业内部应建立完善的产品研究和开发体系，使产品系列化，品种齐全，要形成大中小完整系列，增多产品数量，使生产规模不断的扩展。 增大起重力矩 目前中国生产的汽车式起重机大多是50吨以下的中小吨位的起重机，大吨位生产的很少，而， 随着社会的发展，对机动灵活的大型起重机械的需求越来越大，这都是汽车式起重机发展的养分， 所以增大其中力矩迫在眉睫。 增加起重机功能 随着国民经济的快速发展，用户对汽车式起重机的使用上的要求越来越多，希望能够一机多用，已经不仅仅是在搬运重物时使用，而是满足在不同环境和工种的使用，这些都为未来发展 找清了方向。 全力打造自己的品牌 目前中国的汽车起重机生产企业，缺少自己的专业研究人员和开发队伍，而是去模仿别人生 产的成品，没有发展方向和竞争力。未来经济的全球化以及由此引发的一系列问题，使得竞争手段从传统的产品，价格等层次转嫁到品牌的竞争上来。所以各大汽车式生产企业应该努力打造自己的品牌，从而使自己发展壮大。 开创自我空间占领市场 中国的各大汽车式起重机生产企业要不断创新，大胆进行运行急智的改革，面向市场，结构 优化，人员重组，引进设备，进行刻苦的技术研发，在不断完善自我的前提下，占领市场。 国外发展趋势设计、制造的计算机化、自动化 近年来，随着电子计算机的广泛应用， 许多国外起重机制造商从应用起重机辅助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块设计。起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代，新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需更改几个模块；设计新的起重机只需新的不同模块进行组合，提高了通用化程度，可使单件小批量的产品，改成相对批量的模块生产，能使较少的模块形式，组合成不同规格的起重机，满足市场的需求，增强了竞争力。 起重机控制元件的革新与应用 起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘，齿轮链，激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为3，高于1mm的精度需另加定位系统。在起重机起升速度和制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。 遥控系统用于汽车式起重机及其他移动式起重机械，这种系统包括在控制者身上的控制器，和安装在起重机上的接收器 ，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在起重机传动装置的操纵机械的转换部分相连。遥控器的使用不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作条件有所改善。 起重机的距离检测防撞装置，采用无线电信号型的防撞装置，防撞系统由三相系统组成，用来监控起重机前端行使距离，一般首先发出信号警示，接着将大车车速减小到50%，最后切断电机电源，将大车制动。 新材料、新工艺的应用由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要较高的安全系数，以便减少起重机材料用量，从而降低设备的重量和价格，起重机配套的零部件如万达回转支承的制造也得益于新材料的不断产生，使得起重机向更轻，更好的方向发展。 在机加工方面，大量采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件见多，加工设备大量采用高精度，高效的加工中心，数控自动机床等，及保证了质量，又提高了劳动生产率，降低了成本，同时在机械线使用机械代替人工操作如焊接机械手和配用机械手等。 国外起重机的未来发展之路是走向专业化，标准化，和系列化，只有这样才能最快的制造和装配出品种多样化的产品。5.伸缩臂结构发展现状伸缩臂作为轮式起重机的主要受力构件，其重量一般占整机的13%20%，而其在大型起重机的重量中所占的比例则更大。因此，伸缩臂的性能对大吨位轮式起重机在大幅度、高起升高度情况下性能的影响至关重要，而伸缩臂的关键技术在于伸缩机构的形式和臂架截面形式。目前我国生产的轮式起重机以中、小吨位为主，普遍采用伸缩油缸加绳排的伸缩机构的形式，只是在细节上各具特点。该伸缩机构的特点是最末一、二节伸缩臂采用钢丝绳伸缩，其它伸缩臂用油缸伸缩，因而最末节伸缩臂的截面变化较大，大大降低了起重机在大幅度下的起重性能。同时采用该形式的起重机在五节以上伸缩臂应用时难度较大。西方发达国家生产50吨以上的中、大吨位轮式起重机时，普遍采用单缸插销形式的伸缩机构。该形式伸缩机构的采用大幅度提高了起重机的起重性能。参 考 文 献1张志文.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，1997.2顾迪民.工程起重机.哈尔滨：中国建筑工业出版社，1988.3孔云鹏.机械设计课程设计.沈阳：东北大学出版社，2000.5徐格宁起重运输机金属结构设计北京：机械工业出版社，19976 章宏甲，黄宜，王积伟主编.液压与气压传动.机械工业出版社.2005.5.