【正文】 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。變幅回路主要由液壓泵、換向閥、 平衡閥和變幅液壓缸組成如圖 。 40 11 圖 變幅回路 工程起重機變幅按其工作性質(zhì)可分為非工作性變幅和工作性變幅兩種。非工作性變 幅指只是在空載條件下改變幅度。它在空載時改變幅度，以調(diào)整取物裝置的位置，而在 重物裝卸移動過程中，幅度不改變。這種變幅次數(shù)一般較少，而且采用較低的變幅速度， 以減少變幅機構的驅動功率，這種變幅的變幅機構要求簡單。工作性變幅能在帶載的條 件下改變幅度。為了提高起重機的生產(chǎn)率和更好地滿足裝卸工作的需要，常常要求在吊 裝重物時改變起重機的幅度，這種類型的變幅次數(shù)頻繁，一般采用較高的變幅速度以提 高生產(chǎn)率。工作性變幅驅動功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置。與非 工作性變幅相比，這種變幅要求的變幅機構較復雜，自重也較大，但工作機動性卻大為 改善。汽車起重機由于使用了支腿，除了吊非常輕的重物之外，必須帶載變幅。 ： 具有臂架伸縮機構的起重機，不需要耳臂和拆臂，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。 40 12 伸縮回路主要由液壓泵、換向閥、液壓缸和平衡閥組成，根據(jù)伸縮高度和方式不同 其液壓缸的節(jié)數(shù)結構也就大不相同。 具有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂，各節(jié)臂的伸縮基本有三種形式：順序伸縮、同步伸縮 和獨立伸縮。 順序伸縮就是各節(jié)伸縮臂按一定先后次序完成伸縮動作。同步伸縮是指各節(jié)伸縮臂 圖 臂架伸縮方式（a）順序伸縮（b）同步伸縮 以相同的行程比率同時伸縮。 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或同步伸縮的動作如圖 所示。 為了使起重機各節(jié)伸縮臂伸出后的載荷和起重機的起重量特性相適應，伸臂的順序 為 2（二節(jié)臂）→3（三節(jié)臂）的順序伸出，1 為基本臂，而縮回按相反的順序，即 3→2 的順序縮回。下面介紹實現(xiàn)順序伸縮的幾種方案。 圖 是利用各油缸有效面積差控制伸縮順，即Ⅰ號伸縮油缸活塞面積大，Ⅱ.Ⅲ號 伸縮油缸活塞面積逐次減小。各活塞腔是聯(lián)通的，各油缸活塞桿腔也是聯(lián)通的。很顯然 I 號伸縮油缸先伸出，其次是Ⅱ號和Ⅲ號伸縮油缸伸出。平衡閥 Ki 可以保證吊臂在載荷 下平穩(wěn)收縮，同時還可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外為了保證吊臂回 縮時按預定的順序，不至因自重和耳動阻力變化等因素影響。平衡閥的開啟壓力應該設 定為足 K1 最大，K3 最小。 圖 是用單向順序閥控制順序的一種方案。扳動操縱閥 S，使 A 與 P 耳通，同時 B 與 O 也通，此時伸縮油缸 I 伸出。油缸 I 伸出到位后，隨著活塞腔油壓力的升高，單 向順序閥 S1 被打開，于是伸縮油缸Ⅱ伸出。 油缸伸出到位后，油壓繼續(xù)升高單向順序閥 S2 也開啟，于是伸縮油缸量開始伸出。 該機構縮回過程同前一方案。與前一方案比較，此方案對油缸面積無特殊要求，有利于 減輕自重。圖中的雙單向閥 d1 與 d2，其作用是使順序閥中的溢流流入主油道，這樣可 以省去兩根回油管和軟管卷簡。 圖 是電液操縱閥控制順序的一種方案。扳動操縱閥 S，A 和 P、B 和 O 耳通。壓 力油經(jīng)電液換向閥 Cl 及平衡閥 Kl 進入到伸縮油缸 I 活塞腔，伸縮油缸 I 開始伸出。若 電液換向閥 Cl 換位，則壓力油改道上行，經(jīng)電液換向閥 C2 及平衡閥 K2 進入伸縮油缸 40 13 Ⅱ，于是伸縮油缸 E 開始伸出。若電液換向閥 C2 換位，則壓力油二次改道上行，進入 伸縮油缸Ⅲ伸出。 與前述方案比較，由于該機構裝有電液閥，從而需要設置電線和電線卷簡，但該方 案的伸縮順序有可靠保證。綜上所述汽車起重機伸縮回路選擇差積式順序伸縮回路。 圖 差積式順序伸縮 圖 單向順序閥順序伸縮 圖 電液換向閥順序伸縮 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ伸縮油缸；S操縱閥；； k 1 .k 2 .k 3 平衡閥； Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ伸縮油缸；S操縱閥； k 1 .k 2 .k 3 平衡閥。； Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ伸縮油缸；S操縱閥； ： 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)。目前支腿大都采用液壓支腿。支腿機構有三種基本 形式：蛙式支腿、H 型支腿和 X 型支腿如圖 、。蛙式支腿結構簡單，跨距小， 適用于中小噸位起重機上使用。因為本機為輕型起重機，支腿不外伸，每一支腿可以只 有一個垂直液壓缸，所以支腿回路采用 H 型支腿。 40 圖 H 型支腿 1水平液壓缸；2垂直液壓缸 14 圖 X 型支腿 1垂直液壓缸；2車架；3伸縮液壓缸；4固定腿；5活動腿 汽車起重機液壓系統(tǒng)類型的擬定 汽車起重機 本機液壓系統(tǒng)分析 根據(jù)開式和閉式系統(tǒng)的優(yōu)缺點、典型工況，結合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的具體情況，液壓 系統(tǒng)決定選用多泵多回路和多種型式的高壓變量系統(tǒng)。為了使液壓系統(tǒng)更加易于檢修和 使結構更簡單明了，在起升、回轉、伸縮、變幅、支腿和控制 6 個液壓回路中全部采用 開式油路。 由于本機屬于輕型起重機， 回轉比較頻繁， 所以回轉油路由變量泵和定量馬達組成。 伸縮回路有兩節(jié)伸縮臂和兩個液壓缸，液壓缸與鋼繩組合實現(xiàn)同時伸縮。輕型起重機的 變幅機構，采用單缸回路。支腿回路的各油缸均采用手柄操縱換向閥來實現(xiàn)各種控制。 回路中支腿油路采用液控單向閥防止支腿軟腿現(xiàn)象。 為了提高效率，本輕型起重機回轉、伸縮、變幅回路可以協(xié)調(diào)工作。因此采用了三 個三位四通換向閥來分別控制三個動作，這樣操作起來十分方便，簡單。 根據(jù)汽車起重機的工況，支腿回路、回轉回路、伸縮回路和變幅回路通常單獨工作， 所以可以采用同一個液壓泵并聯(lián)組合供油 各機構組合分配及控制 1. 各機構組合情況起升機構 回轉機構 變幅機構 伸縮機構 支腿機構 圖 2．12 各機構動作組合情況 支腿機構在起升過程中不能動作，但是支腿回路不工作時其他的回路均不能工作， 起升與變幅，伸縮、回轉回路要有組合動作功能，回轉、伸縮、變幅回路之間不需要組 合動作。各機構組合情況如圖 所示。 2. 動力分配情況 根據(jù)設計要求、工作情況、起重量等，本機的動力分配如圖 所示： 40 15 圖 上車動力分配情況 汽車起重機液壓系統(tǒng)的工作原理總成 支腿收放回路 由于汽車輪胎支撐能力有限，且為彈性變形體，作業(yè)時很不安全，故在起重作業(yè)前 必須放下前、后支腿，用支腿承重使汽車輪胎架空。在行駛時又必須將支腿收起，輪胎 著地。為此，在汽車的前、后兩端各設置兩條支腿，每條支腿均配置有液壓缸。如圖 前支腿兩個液壓缸同時用一個三位四通手動換向閥 7 控制其收、放動作，而后支腿兩個 液壓缸則用另一個三位四通手動換向閥 11 控制其收、 放動作。 為確保支腿能停放在任意 位置并能可靠地鎖住，在支腿液壓缸的控制回路中設置了雙向液壓鎖。 當三位四通手動換向閥 7 工作在右位時，前支腿放下，其油路為： 進油路： 過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 左位→手動換向閥 7 右位→前支腿液壓 缸上腔。 回油路：前支腿液壓缸下腔→液控單向閥→手動換向閥 7 右位→支腿回路安全閥→ 油箱。 當三位四通手動換向閥 7 工作在左位時，前支腿收回，其油路為： 進油路： 過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 左位→手動換向閥 7 左位→前支腿液壓 缸下腔。 回油路：前支腿液壓缸上腔→液控單向閥→手動換向閥 7 左位→支腿回路安全閥→ 油箱。 后支腿液壓缸用三位四通手動換向閥 11 控制，其油路流動情況與前支腿油路類似。 吊臂變幅回路 吊臂變幅是通過改變吊臂的起落角度來改變作業(yè)高度。吊臂的變幅運動由變幅液壓 缸驅動，變幅要求能帶載工作，動作要平穩(wěn)可靠。本機為小噸位吊車采用單個變幅液壓 40 16 缸變幅方式。 為防止吊臂在停止階段因自重而減幅， 如圖 在油路中設置了平衡閥 15， 提高了變幅運動的穩(wěn)定性和可靠性。 吊臂變幅運動由三位四通手動換向閥 14 控制， 在其 工作過程中， 通過改變手動換向閥 14 開進的大小和工作位， 即可調(diào)節(jié)變幅速度和變幅方 向。 吊臂增幅時，三位四通手動換向閥 14 右位工作，其油路為： 進油路： 過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 右位→手動換向閥 14 右位→平衡閥 15 中的單向閥→變幅液壓缸下腔。 回油路：變幅液壓缸上腔→手動換向閥 14 右位→手動換向閥 19 中位→手動換向閥 20 中位→電磁閥 33 左位→油箱。 吊臂減幅時，三位四通手動換向閥 14 左位工作，其油路為 進油路：過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 右位→手動換向閥 14 左位→變幅液壓 缸上腔。 回油路： 變幅液壓缸下腔→平衡閥 15→手動換向閥 14 左位→手動換向閥 19 中位→ 手動換向閥 20 中位→電磁閥 33 左位→油箱。 吊臂伸縮回路 吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套裝在基本臂內(nèi)，由吊臂伸縮液壓缸驅動進行 伸縮運動。本系統(tǒng)是利用各油缸有效面積差控制伸縮順，即Ⅰ號伸縮油缸活塞面積大， Ⅱ號伸縮油缸活塞面積小。各活塞腔是聯(lián)通的，各油缸活塞桿腔也是聯(lián)通的。很顯然 I 號伸縮油缸先伸出，其次是Ⅱ號伸縮油缸伸出。 平衡閥可以保證吊臂在載荷下平穩(wěn)收縮，同時還可以防止因泄漏或管道破裂而造成 吊臂回落。此外為了保證吊臂回縮時按預定的順序，不至因自重和耳動阻力變化等因素 影響。平衡閥的開啟壓力應該設定為足 K1 大，K2 小。為使其伸縮運動平穩(wěn)可靠，并防 止在停止時因自重而下耳， 如圖 在油路中設置了平衡閥 18。 吊臂伸縮運動由三位四 通手動換向閥 19 控制，當三位四通手動換向閥 19 工作在左位或右位時，分別驅動伸縮 液壓缸伸出或縮回。 吊臂伸出時的油路為： 進油路：過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 右位→手動換向閥 14 中位→手動換向 閥 19 右位→平衡閥 18 中的單向閥→伸縮液壓缸下腔。 回油路：伸縮液壓缸上腔→手動換向閥 19 右位→手動換向閥 20 中位→電磁閥 33 左位→油箱。 吊臂縮回時的油路為： 40 17 進油路：過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 右位→手動換向閥 14 中位→手動換向 閥 19 左位→伸縮液壓缸上腔。 回油路： 伸縮液壓缸下腔→平衡閥 18→手動換向閥 19 左位→手動換向閥 20 中位→ 電磁閥 33 左位→油箱。 轉臺回轉回路 轉臺的回轉由一個小轉矩高速液壓馬達驅動。通過行星減速機構減速，轉臺的回轉 速度為 0~5r／min。為了提高工作效率，并且確保安全，本系統(tǒng)加裝由平衡閥、二次溢 流閥、制動器組成的回轉緩沖裝置。如圖 回轉液壓馬達的回轉由三位四通手動換向 閥 20 控制，當三位四通手動換向 20 工作在左位或右位時，分別驅動回轉液壓馬達正向 或反向回轉。其油路為： 進油路：過濾器 2→液壓泵 3→手動換向閥 5 右位→手動換向閥 14 中位→手動換向 閥 19 中位→手動換向閥 20 左(右)位→正反轉平衡閥 23→回轉液壓馬達。 回油路：回轉液壓馬達→正反轉平衡閥 23→手動換向閥 20 左(右)位→電磁閥 33 左 位→油箱。 吊重起升回路 吊重起升是系統(tǒng)的主要工作回路。吊重的起吊和落下作業(yè)由一個大轉矩液壓馬達驅 動卷揚機來完成。起升液壓馬達的正反轉有一個三位四通換向閥 32（如圖 ）控制。 馬達轉速的調(diào)節(jié)(即起吊速度) 主要通過改變泵一二分合流方式來實現(xiàn)，還可以通過調(diào)節(jié) 發(fā)動機轉速及電磁換向閥 33 的開進來調(diào)節(jié)?；芈分性O有平衡閥 30，用以防止重物因自 重而下耳。由于液壓馬達的內(nèi)泄漏比較大，當重物吊在空中時，盡管回路中設有平衡閥， 重物仍會向下緩慢耳落，為此，在液壓馬達的驅動耳上設置了制動器 28。當起升機構工 作時，在系統(tǒng)油壓的作用下，制動器液壓缸使閘塊松開，當液壓馬達停止轉動時，在制 動器彈簧的作用下，閘塊將耳抱死進行制動。當重物在空中停留的過程中重新起升時， 有可能出現(xiàn)在液壓馬達的進油路還未建立起足夠的壓力以支撐重物時，制動器便解除了 制動，造成重物短時間失控而向下耳落。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在制動器油路中設置 了單向節(jié)流閥 27。通過調(diào)節(jié)該節(jié)流閥開進的大小，能使制動器抱閘迅速，而松閘則能緩 慢地進行。 汽車起重機液壓系統(tǒng)總成 根據(jù)各回路的分析得到汽車起重機液壓系統(tǒng)的工作原理如圖 所示。 該系統(tǒng)為中 壓系統(tǒng)，動力源采用雙聯(lián)齒輪泵，由汽車發(fā)動機通過底盤上的分動箱驅動。液壓泵從油 箱中吸油，輸出的液壓油經(jīng)手動閥組輸送到各個執(zhí)行元件。整個系統(tǒng)由支腿收放、吊臂 變幅、吊臂伸縮、轉臺回轉和吊重起升五個工作回路所組成，且各部分都具有一定的獨 40 18 立性。整個系統(tǒng)分為上下兩部分，除液壓泵、過濾器、溢流閥、手動閥組及支腿部分外， 其余元件全部裝在可回轉的上車部分。油箱裝在上車部分，兼作配重。上下兩部分油路 通過中心回轉耳頭連通。支腿收放回路和其他動作回路采用一個二位三通手動換向閥 5 進行切換。 圖 汽車起重機液壓系統(tǒng)圖 表 汽車起重機液壓系統(tǒng)的工作情況表 40 19 汽車起重機液壓系統(tǒng)的特點 汽車起重機的液壓系統(tǒng)有如下幾個特點： 1)該系統(tǒng)為雙泵雙回路、分合流油路、開式、串聯(lián)系統(tǒng)，采用了換向閥串聯(lián)組合， 不僅各機構的動作可以獨立進行，而且在輕載作業(yè)時，可實現(xiàn)起升和回轉復合動作，以 提高工作效率。 2)系統(tǒng)中采用了平衡回路、鎖緊回路和制動回路，保證了起重機的工作可靠，操作 安全。 3)采用了三位四通手動換向閥換向，不僅可以靈活方便地控制換向動作，還可通過 手柄操縱來控制流量，實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。在起升工作中，除了分合流油路可方便實現(xiàn)高低 速切換外，將節(jié)流調(diào)速方法與控制發(fā)動機轉速的方法結合使用，可以實現(xiàn)各工作部件微 速動作。 4)各三位四通手動換向閥均采用了 M 型中位機能，使換向閥處于中位時能使系統(tǒng)卸 荷，可減少系統(tǒng)的功率損失，適宜于起重機進行間歇性工作。 注：平衡閥主要的功能不是鎖定執(zhí)行元件的位置，是用來防止執(zhí)行器失速或慣性沖 擊的。 40 20 3 液壓系統(tǒng)計算 汽車起重機液壓系統(tǒng)主要液壓元件的選擇 汽車起重機液壓系統(tǒng)主要 汽車起重機液壓系統(tǒng)參數(shù)的初定 最大起重量8噸； 最高提升速度 Vmax =18 m / min ； 吊鉤耳輪組倍率為M=6，效率 η 2 =； 鋼絲繩導向耳輪效率 ηα =； 起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑 Dmax =400mm； 起升傳動比 i =效率 ηch =； ? P=20MPa。[2] 機床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程機械 機械類型 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 建筑機械 液壓鑿巖機 工作壓力 ＜～2 / MPa 3～5 2～8 8～10 10～18 20～30 重型機械 起重運輸機械 液壓機 大中型挖掘機 起升馬達的計算和選擇 （1） 作用于鋼絲繩上的最大靜拉力[1]： S max = Q Mη 2ηα (31) 式中 Smax—作用于鋼絲繩上的最大靜拉力，N； Q—起重量, Q=8000kg—吊鉤耳輪組倍率； η 2 —吊鉤耳輪組效率； ηα —鋼絲繩導向耳輪效率。 S max = (2)起升馬達所受最大扭矩[1] M max = Φ 2 S max Dmax 2iηch 78400 = N 6 (32) 式中: Φ 2 —動力系數(shù)， Φ 2 = 1+，其中V是最高起升速度，由于V =18m/min =+ =； Smax—作用于鋼絲繩上的最大靜拉力，N； Dmax —起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑， Dmax =400mm； i —起升傳動比， i =20； 21 ηch —起升效率，ηch =。 M max = (3)液壓馬達的排量[2] = ? m 2 20 Qm = 2π M max ?Pη m (33) 式中：Mmax—起升馬達受到的最大扭矩，Mmax= N ? m ； ? P—系統(tǒng)的工作壓力， ? P=20Mpa； η m —液壓馬達機械效率，通常取η m = ； Qm = 2 = / r 20 106 MiVmax π Dmax （4）液壓馬達轉速[1] nmax = 式中：M—吊鉤耳輪組倍率； (34) i —起升傳動比， i =20； Vmax —最高提升速度， Vmax =18 m / min ； Dmax —起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑， Dmax =400mm； nmax = (5) 液壓馬達的選擇 6 20 18 = 1720r / min 根據(jù)馬達所受到的壓力、 最大扭矩以及需要的轉速和排量查[2] 為CM4型的齒輪馬達， 該馬達的具體參數(shù)如下： 額定壓力為20MPa， 轉速150～2000r/min， 排量40～63ml/r，輸出轉矩115～180 N ? m 。 液壓泵的計算與選擇 （1）液壓泵的工作壓力[1] P= 1 2π M max N / m2 Qmηm1 (35) 40 式中： P —液壓馬達的最大工作壓力 1 M max —起升馬達所受最大扭矩 M max = N ? m Qm —起升馬達排量(cm3/r)，Qm = —起升馬達機械效率，η m1 = P= 1 2 = 18MPa 查[2]得到液壓泵的最大工作壓力 Pmax ： Pmax ≥ p1 + ∑ ?p (36) 式中 ∑?p1 — 從液壓泵出進到液壓馬達入進之間總的管路損失，由于管路復雜故取 ∑ ?p =～ Pa 。 則液壓泵的最大工作壓力 Pmax ≥18 + = Mpa 。 (2) 查[2]得到確定液壓泵的流量 qv max qv max ≥ K ∑ qv max (37) 式中： K—系統(tǒng)漏油系數(shù)，一般取K=～，這里取K=； ∑ qv max —包括液壓馬達的最大總流量 Qmax ，同時由于工作過程中用到節(jié)流調(diào)速所以 要加上溢流閥的最小溢流量 Qyl 一般取 Qyl = 10?4 m3 / s = l /min。 Q max = nmax Qm = 1720 = / min = / min 液壓泵的流量： qv max = （+）= l /min (3) 液壓泵的選擇液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵三種。對于汽車起重機，其液壓系統(tǒng)負載大、 功率大、精度要求不高。所以， 一般采用齒輪泵。根據(jù)系統(tǒng)的要求以及壓力、流量的需 要，查[2]，型號為CBG2050/2040，最高工作壓力 為20MPa，額定轉速為2000r/min，合流最大流量 。當發(fā)動機經(jīng)分動箱輸出速度為1500 r/min時。滿足以上 的設計參數(shù)。所以選擇的液壓泵型號為：CBG2050/2040。 汽車起重機液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉化 40 23 為熱量，使油溫升高。油溫過高，不僅使油的性質(zhì)發(fā)生變化，影響系統(tǒng)工作，而且會引 起容積效率的下降，因此，油溫必須控制在一定的范圍內(nèi)。對于復雜系統(tǒng)，由于功率損 失的環(huán)節(jié)太多，通常用下式計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率[2]： Phr = Pr ? Pc 式中 Pr —液壓系統(tǒng)的總輸入功率； Pc —液壓系統(tǒng)輸出的有效功率。 Pr = 1 z pi qvi ti ∑ Tt i =1 η Pi (39) (38) Pc = Tt —工作周期，S。 m 1 n ( ∑ FWi Si + ∑ TW jω j t j ) j =1 Tt i =1