【正文】 資、擴大生產(chǎn)、提高自身的競爭能力外，還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。如 1984 年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業(yè)科爾斯公司。1987 年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當時德國最大的起重機公司，但該公司 1995 年又被美國格魯夫公司收購。1990 年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。在起重機行業(yè)內(nèi)，國外的大型汽車起重機的發(fā)展比我國迅速，在技術(shù)和運用上已相4 / 43當成熟，目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加，從而使國外各大汽車式起重機制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，機械自動化和自動化設(shè)備，這對起重機行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國外的起重機企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機，而且有完善的設(shè)計體系，和一批先進的研發(fā)人員，不斷的進行創(chuàng)新和完善。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達到規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機的設(shè)計中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。 伸縮臂結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀伸縮臂作為輪式起重機的主要受力構(gòu)件，其重量一般占整機的 13%~20%，而其在大型起重機的重量中所占的比例則更大。因此，伸縮臂的性能對大噸位輪式起重機在大幅度、高起升高度情況下性能的影響至關(guān)重要，而伸縮臂的關(guān)鍵技術(shù)在于伸縮機構(gòu)的形式和臂架截面形式。目前我國生產(chǎn)的輪式起重機以中、小噸位為主，普遍采用伸縮油缸加繩排的伸縮機構(gòu)的形式，只是在細節(jié)上各具特點。該伸縮機構(gòu)的特點是最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末節(jié)伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機在大幅度下的起重性能。同時采用該形式的起重機在五節(jié)以上伸縮臂應(yīng)用時難度較大。西方發(fā)達國家生產(chǎn) 50 噸以上的中、大噸位輪式起重機時，普遍采用單缸插銷形式的伸縮機構(gòu)。該形式伸縮機構(gòu)的采用大幅度提高了起重機的起重性能。從 B~aChina2022 年博覽會上可以看出，橢圓形伸縮臂、單缸插銷式伸縮機構(gòu)、自動伸縮臂系統(tǒng)構(gòu)成了以德國利勃海爾(UEBHERR)代表的西方先進伸縮臂技術(shù)的核心，代表當前世界最高水平，是輪式起重機伸縮臂技術(shù)的發(fā)展方向。LTM1300 起重臂的截面也采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量優(yōu)化，抗扭性能顯著，具有固有的獨特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。GROVE 和 TADANO 采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計橫向和縱向加強筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO 采用四邊形截面，也采用加筋解決腹板的抗屈曲能力，大圓弧六邊形截面在國內(nèi)己廣泛使用。目前國內(nèi)僅徐工集團徐州重型機械廠一家推出QAY1QAY160、QAY200、QAY2QAY300 五種噸位單缸插銷式伸縮臂技術(shù)的全地面起重機，并采用進口高強度鋼板，雙缸加雙繩排的伸縮機構(gòu)，在吊臂伸縮時，臂節(jié)之間有寬大的滑塊，保證了主臂的同心度，使重量和受力較好的傳遞，增大起重能力。獨特的吊臂對中裝置，使伸縮更方便，但國內(nèi)其它廠家目前還沒有使用這種截面形式。5 / 43高強度鋼四板拼焊，腹板薄，制有大量密集重孔，孔邊鑲固，孔之間加筋，自重輕，承載力大，垂直方向及側(cè)向繞度小輪式起重機的伸縮式吊臂是一個雙向壓彎構(gòu)件，除受有整體強度、剛度、穩(wěn)定性的約束外，主要受局部穩(wěn)定性約束，因此把伸縮臂制成為箱形截面是合理的。歸納起來，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。目前，利勃海爾推出的橢圓形截面是全地面起重機針對不同機型，它所設(shè)計的截面形狀也有一定的差異。表 列舉了國外一些主要的起重機制造廠商所選用的吊臂截面形狀。表 國外主要起重機制造廠商選用的吊臂截面形式及特點公司 截面形式 截面特點 Grove Gottwald σc=700Mpa 調(diào)制合金鋼，八角形壓型后焊接 五邊形， “V”型底部突緣，重量輕而堅固，受壓穩(wěn)定性好，側(cè)向移動小KATOσ1=700Mpa，高強鋼，焊接工藝先進Liebherr兩塊不同厚度板壓制成大圓角槽形，在中線拼焊，受力合理高強鋼四角鋼加固，側(cè)板較薄，大強度/重量比，吊臂垂直于側(cè)向繞度較小6 / 43 伸縮臂機構(gòu)形式介紹 繩排系統(tǒng) 繩排系統(tǒng)在中國已經(jīng)應(yīng)用的比較成熟，也是一種歷史比較悠久的技術(shù)。此技術(shù)的優(yōu)點是臂長變化容易、工作臂長種類多、可以帶載伸縮、實用性很強，缺點是自重重、對整機穩(wěn)定性的影響較大。現(xiàn)在在 100 噸以下的起重機上應(yīng)用的比較廣泛，其原理如圖，就是簡單的滑輪原理。對于四節(jié)臂以上起重臂的伸縮機構(gòu)又分為以下兩種：多缸或多級缸加一級繩排、單缸或多缸加兩級繩排。DEMAG 和 TADANO 部分產(chǎn)品采用第一種伸縮機構(gòu)，這種伸縮機構(gòu)的特點是最末一節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂采用多級缸或多個單級缸或多級缸和單級缸套用等方式直接用液壓缸伸縮。因而最末伸縮臂的截面變化較大，其它臂節(jié)截面的變化較小。在過去，徐重、浦沅、長起跟隨 LIEBHERR 技術(shù)多年，普遍使用第二種伸縮機構(gòu)，使用單缸或雙缸加繩排實現(xiàn)四節(jié)或五節(jié)臂的伸縮。這種伸縮方式在國內(nèi)最先進，但解決五節(jié)臂以上起重臂的伸縮難度很大。北起、泰起、錦重等廠家采用第一種伸縮機構(gòu)（多個單級缸加一級繩排） ，但由于技術(shù)落后，第二缸、第三缸的進回油依靠軟管卷筒輸送?，F(xiàn)在，大多數(shù) 5 節(jié)臂的起重機使用的是雙缸雙繩排的技術(shù)，一般為第 2 節(jié)臂獨立伸縮，第 節(jié)臂同步伸縮；4 節(jié)臂的一般單缸雙繩排為 節(jié)同步伸縮。其局限性在于最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機在大幅度下的起重性能；同時，對于大噸位的起重機，對鋼絲繩的要求也非常高，符合要求鋼絲繩非常難加工。雖然有些日本企業(yè)有將繩排技術(shù)發(fā)展到 6 節(jié)甚至更多，但是對于中大噸位起重機，一般企業(yè)還是優(yōu)先考慮單缸插銷技術(shù)。 單缸插銷系統(tǒng)單缸插銷式伸縮臂技術(shù)是典型的機、電、為例，作為伸縮臂伸縮的執(zhí)行機構(gòu)，主要由（見圖）1．伸縮缸、2．拔銷機構(gòu)、3．缸銷等組成，為保證伸縮臂伸縮過程的安全性、可靠性，該機構(gòu)采用內(nèi)置式互鎖系統(tǒng)即在伸縮油缸上裝的彈簧驅(qū)動缸銷銷定伸縮臂后，才機械釋放該節(jié)臂和其他節(jié)臂的連接。該方式確保某一節(jié)伸縮臂和伸縮油缸互相鎖定后才能釋放該節(jié)臂和其它節(jié)臂的聯(lián)接。利勃海爾將拔銷裝置置于伸縮機構(gòu)上方，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性強，便于實現(xiàn)；格魯夫GROVE、德馬格（DEMAG） 、多田野（TADANOamp。FAUN）將拔銷裝置置于伸縮機構(gòu)兩側(cè)，結(jié)構(gòu)布置上比較困難，對加工、裝配精度要求高，插拔銷難度相對較大。缸銷則都布置在伸縮機構(gòu)的側(cè)方。單缸伸縮機構(gòu)要求動作靈活、可靠性高、響應(yīng)速度快、互鎖性好，否則，很難實現(xiàn)吊臂的可靠伸縮。 此技術(shù)采用單缸、互鎖的缸銷和臂銷、精確測長電子技術(shù)，優(yōu)點是重量最輕，對整機穩(wěn)定性的影響最小，但技術(shù)難度大、成本較高、臂長種類少、7 / 43伸縮時間長、臂長變化時麻煩?，F(xiàn)在，徐重和浦沅等國內(nèi)企業(yè)也成功研制出了此項技術(shù)，采用的是和 LIEBHERR 相似的拔銷裝置置于伸縮機構(gòu)上方的形式。由于此技術(shù)對于電液的要求較高，尤其是在自動伸縮的 PLC 控制和伸縮系統(tǒng)的液壓回路的設(shè)計上，國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)還不是太成熟，可靠性還不是太高，還有較長的路去走。 本課題內(nèi)容及重要意義近年來，隨著社會的發(fā)展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起重機轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽車式起重機發(fā)展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為了降低整機成本，提高性能，整機質(zhì)量越來越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了２０％左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數(shù)（尤其是大噸位起重機） ，這樣，大大簡化了車輛的結(jié)構(gòu)，成本降低，同時提高了起重機的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下降，對中國國內(nèi)市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產(chǎn)者來說是一個嚴峻的考驗。臂架是起重機的主要承載構(gòu)件。起重機通過臂架直接吊載，實現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。臂架的強度決定了最大起重量時整機起重性能，其自重直接影響整機傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，將直接影響整機的性能，如整機重量、整機重心高度和整機穩(wěn)定性等。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對提高整機質(zhì)量和經(jīng)濟性具有很大的現(xiàn)實意義。根據(jù) QAY50 汽車起重機工作要求來確定伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動方案，進而采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、臂架的結(jié)構(gòu)、液壓缸尺寸進行確定，對臂架進行受力計算，采用 ANSYS 對臂架進行有限元分析。2 QAY50 汽車起重機主要技術(shù)參數(shù)和工作級別 QAY50 起重機主要技術(shù)參數(shù)起重機的技術(shù)參數(shù)表征起重機的作業(yè)能力，汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。這些參數(shù)表名起重機工作性能和技術(shù)經(jīng)濟指標，它是設(shè)計起重機的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)使用中選擇起重機技術(shù)性能的依據(jù)。（1）起重量 起重機起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以 Q 表示，單位為 kg 或 t。起重機的起重參數(shù)通常是以額定起重量表示的。所謂額定起重量是指起重機在各種工況下安全作業(yè)所容許的起吊重物的最大質(zhì)量的值，它是隨著幅度的加大而減小的。帶有吊鉤的起重機的額定起重量不包括吊鉤和滑輪組的自重。8 / 43汽車式起重機的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個基本作業(yè)方位）不同而有所變化。汽車式起重機的額定起重量還分支腿全伸、不用支腿吊臂行駛 3 種情況。起重機吊重行使時，起重臂必須前置。起重機不用支腿作業(yè)和吊重行使時的額定起重量決定于輪胎、車橋（或輪對轉(zhuǎn)向架）的承載能力。 如上所術(shù)，由于汽車式起重機的各種工況比較復(fù)雜，考慮的因素較多，額定起重量不只一個時，通常稱額定起重量為最大起重量。此次設(shè)計的是 50 噸汽車式起重機的主臂，所以取起重量為 Q=50t。（2）起升高度起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起生位置的鉛垂距離（吊鉤取取鉤環(huán)中心） ，單位為米。如果取物裝置能下落到地面或軌面以下，從地面或軌面至取物裝置最低下放位置間的鉛垂距離稱為下放深度。此時總起升高度 H 為軌面以上的起升高度h2 和 軌面以下的下放深度 h3 之和，H=h2+h3。由于汽車式起重機的起升高度隨著臂架仰角和臂架長度變化，在各種臂長和不同臂架仰角時可得相應(yīng)的起升高度曲線。汽車式起重機起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。在確定起升高度時，應(yīng)考慮配屬的吊具、路基和汽車高度保證起重機能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。汽車式起重機的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機作業(yè)要求和起重機總體設(shè)計的合理性綜合考慮。參見《起重機設(shè)計手冊》汽車式起重機技術(shù)參數(shù)表，如表 所示，50噸汽車式起重機的基本臂的范圍為 ∕（米） ，最長主臂范圍為 38∕32（米） ，及QAY50 噸汽車起重機的參考值，選擇起升高度為基本臂作業(yè) 米，重機的參考值，選擇起升高度為基本臂作業(yè) 米，最長主臂作業(yè) 38 米。圖 所示為汽車起重機起升高度圖9 / 43圖 汽車起重機起升高度圖 （3）幅度旋轉(zhuǎn)臂架式起重機處于水平位置時，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線垂直之間的水平距離稱為幅度（R） 。幅度的最小值 Rmax 和最大值 Rmin 根據(jù)作業(yè)要求而定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機機體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。汽車式起重機有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于側(cè)向最小幅度時，取物裝置中心鉛垂線至該側(cè)兩支腿中心連線的水平距離，它表示汽車式起重機在最小幅度時工作的可能性。汽車式起重機的幅度 R 如圖 所示。參見表 ，此次汽車式起重機的幅度 R=3m。（4）起重力矩起重力矩是臂架類起重機主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它等于額定起重量 Q 和其相對應(yīng)的工作幅度 R 的乘積，即 M=QR，起重力矩一般用 tm 為單位。參見表 1，Q=50t，R=3m,此次設(shè)計的汽車式起重機的起重力矩為 M=QR=503=150tm。同時參見表 1 可知，基本臂起重力矩為 150 tm，最長主臂的起重力矩為 85 tm。 QAY50 汽車起重機的工作級別（1） 起重機利用等級 起重機在有效工作期間有一定總工作循環(huán)數(shù)，起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準備其吊物品開始到下一次其吊物品為止的過程。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機的利用程度，是起重10 / 43機分級的基本參數(shù)之一。確定適當?shù)氖褂脡勖鼤r要考慮經(jīng)濟，技術(shù)和環(huán)境等因素，同時還要考慮設(shè)備老化的影響。工作循環(huán)次數(shù)除了可根據(jù)經(jīng)驗確定，還可根據(jù)下式進行計算： （）5360B3601()30Q= ??????年 （ 天 ） 8（ 小 時 ） （ 次 ）（ 秒 ）式中 : Y—起重機的使用壽命以年計算，與起重機的類型、用途、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟因素有關(guān)。 由于本設(shè)計為 50 噸，參見《起重機設(shè)計手冊》不同類型起重機使用壽命表，如表 所示，可知 Y=13 年。 B—起重機一年中的工作天數(shù)，取 B=300 天。 H—起重機每天工作小時數(shù)，取 H=8 小時。 T—起重機一個工作循環(huán)的時間，設(shè)定為 T=300 秒。根據(jù)