【正文】 馬達(dá)回路是起重機(jī)液壓系統(tǒng)比較重要的回路，根據(jù)不同的泵循環(huán)方式有開(kāi)式回路和閉式回路兩種類(lèi)型。開(kāi)式回路中馬達(dá)的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷卻并沉淀過(guò)濾后再由液壓泵送入系統(tǒng)循環(huán)，這種回路可以有效的防止液壓元件磨損。然而油箱的體積比較大，空氣和油液的接觸機(jī)會(huì)增多，空氣容易進(jìn)入油箱。閉式回路中馬達(dá)的回油則是直接與泵的吸油口相連，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但是系統(tǒng)非常復(fù)雜，散熱條件也比較差，需要設(shè)置輔助泵以補(bǔ)充油的泄漏和冷卻，過(guò)濾精度要求也較高。油箱體積卻比較小，空氣不容易滲入油中，工作比較平穩(wěn)。 起重機(jī)液壓系統(tǒng)功能、組成和工作特點(diǎn)圖21 起重機(jī)各回路工作狀態(tài)圖起重機(jī)液壓系統(tǒng)通常由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿、重鐵和控制等主回路組成。起升回路起升回路起到使重物升降的作用。起升回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達(dá)組成。起升回路是起重機(jī)液壓系統(tǒng)的主要回路，對(duì)于大、中型汽車(chē)起重機(jī)一般都設(shè)置主、副卷?yè)P(yáng)起升系統(tǒng)。它們的工作方式有單獨(dú)吊重、合流吊重以及單獨(dú)共同吊重三種方式，其中對(duì)于吊大噸位且要求速度不太高時(shí)用主卷?yè)P(yáng)吊的方式，對(duì)于吊小噸位且要求速度不太高時(shí)用副卷?yè)P(yáng)吊的方式；對(duì)于吊大噸位且要求速度比較高時(shí)用主副卷?yè)P(yáng)泵合流吊的方式；對(duì)于吊比較長(zhǎng)的物體時(shí)用單獨(dú)共同吊重方式。2．回轉(zhuǎn)回路回轉(zhuǎn)回路起到使吊臂回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)重物水平移動(dòng)的作用?；剞D(zhuǎn)回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達(dá)組成，由于回轉(zhuǎn)力比較小所以其結(jié)構(gòu)沒(méi)有起升回路復(fù)雜?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使重物水平移動(dòng)的范圍有限，但所需功率小，所以一般汽車(chē)起重機(jī)都設(shè)計(jì)成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 3．變幅回路絕大部分工程起重機(jī)為了滿(mǎn)足重物裝、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度減小能提高起重量），需要經(jīng)常改變幅度。變幅回路則是實(shí)現(xiàn)改變幅度的液壓工作回路，用來(lái)擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍，提高起重機(jī)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。工程起重機(jī)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(shí)改變幅度，以調(diào)整取物裝置的位置，而在重物裝卸移動(dòng)過(guò)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(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率，這種變幅的變幅機(jī)構(gòu)要求簡(jiǎn)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(jī)的生產(chǎn)率和更好地滿(mǎn)足裝卸工作的需要，常常要求在吊裝重物時(shí)改變起重機(jī)的幅度，這種類(lèi)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(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)較復(fù)雜，自重也較大，但工作機(jī)動(dòng)性卻大為改善。汽車(chē)起重機(jī)由于使用了支腿，除了吊非常輕的重物之外，必須帶載變幅。4．伸縮回路伸縮回路可以改變吊臂的長(zhǎng)度，從而改變起重機(jī)吊重的高度。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(jié)構(gòu)也就大不相同。汽車(chē)起重機(jī)的伸縮方式主要有同步伸縮和非同步伸縮兩種，同步伸縮就是各節(jié)液壓缸相對(duì)于基本臂同時(shí)伸出，采用這種伸縮方式不僅可以提高臂的伸出效率，而且可以使臂的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，提高起重機(jī)的吊重。伸縮回路只能在起重機(jī)吊重之前伸出。5．支腿回路支腿回路是用來(lái)驅(qū)動(dòng)支腿，支呈整臺(tái)起重機(jī)的。支腿回路主要由液壓泵、水平液壓缸、垂直液壓缸和換向閥組成。汽車(chē)起重機(jī)設(shè)置支腿可以大大提高起重機(jī)的起重能力。為了使起重機(jī)在吊重過(guò)程中安全可靠，支腿要求堅(jiān)固可靠，伸縮方便。在行駛時(shí)收回，工作時(shí)外伸撐地。還可以根據(jù)地面情況對(duì)各支腿進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。6．重鐵回路伸縮式重鐵掛放平衡機(jī)構(gòu)位于后轉(zhuǎn)臺(tái)，重鐵伸縮臂一端與后轉(zhuǎn)臺(tái)固定，另一端上安裝有重鐵掛放機(jī)構(gòu)，配重鐵為便于回送時(shí)保持整機(jī)軸重均衡，分為前活動(dòng)配重鐵及后配重鐵兩部分，回送時(shí)前活動(dòng)配重鐵放置在底架前端，吊重時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)車(chē)，將兩塊配重鐵疊加，并由掛放機(jī)構(gòu)（掛放油缸）吊起，起重作業(yè)時(shí)，根據(jù)實(shí)際吊重情況配重伸縮臂內(nèi)的伸縮油缸進(jìn)行伸縮，從而使配重伸縮臂進(jìn)行一定長(zhǎng)度的伸縮，配重機(jī)構(gòu)連同配重鐵的重量作用于伸縮臂這一懸臂梁結(jié)構(gòu)上，形成一定的力矩與前轉(zhuǎn)臺(tái)吊重所產(chǎn)生的力矩相平衡，保證整車(chē)重心在安全支承范圍內(nèi)。 本課題的性能參數(shù)配重總重量35t起重機(jī)最大起重量 160t第3章 液壓系統(tǒng)工況分析 典型工況的分析及對(duì)系統(tǒng)的要求伸縮機(jī)構(gòu)的作業(yè)情況汽車(chē)起重機(jī)工作中主要用到的機(jī)構(gòu)是主、副卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；在重物下降定位時(shí)常常用到變幅機(jī)構(gòu)。帶載伸縮是比較危險(xiǎn)的，在實(shí)際作業(yè)中很少使用，空載吊臂伸縮循環(huán)僅占試驗(yàn)基本工況作業(yè)循環(huán)次數(shù)的5％，故伸縮及帶載伸縮不是典型工況。副臂的作業(yè)情況大多數(shù)汽車(chē)起重機(jī)都帶有副臂，它的作用是增加起重機(jī)的最大起升高度。很多大型汽車(chē)起重機(jī)主臂前都有一個(gè)突出滑輪，在副卷?yè)P(yáng)工作時(shí)，順著滑輪吊下副鉤，用于主、副卷?yè)P(yáng)的組合動(dòng)作，而很少用副臂與主卷?yè)P(yáng)進(jìn)行組合動(dòng)作。本機(jī)屬于中型起重機(jī)，不提倡采用副臂，不過(guò)可以增加臂的節(jié)數(shù)來(lái)增大最大起升高度。三個(gè)以上機(jī)構(gòu)的組合作業(yè)情況有些大型汽車(chē)起重機(jī)要求有三、四個(gè)動(dòng)作同時(shí)組合功能，是靠手柄的45176。聯(lián)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)的，即一個(gè)手柄同時(shí)控制兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，這種操作方式對(duì)司機(jī)的操作水平要求很高，且有危險(xiǎn)，實(shí)際作業(yè)中很少使用。本機(jī)為中型起重機(jī)實(shí)現(xiàn)功能沒(méi)有大型的多，操作也沒(méi)大型的那么復(fù)雜，采用電液比例伺服系統(tǒng)來(lái)控制，操作靈活穩(wěn)定，因此，對(duì)操作人員要求不是很高。 工作狀況對(duì)系統(tǒng)的要求根據(jù)汽車(chē)起重機(jī)的典型工作狀況對(duì)系統(tǒng)的要求主要反映在對(duì)以下幾個(gè)液壓回路的要求上。1. 起升回路 （1）主、副卷?yè)P(yáng)既能單動(dòng)，又能同時(shí)動(dòng)作，要求自動(dòng)分流合流并將保證低壓合流高壓自動(dòng)分流。 （2）副卷?yè)P(yáng)只要求單泵供油。 （3）要求卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)性好，起、制動(dòng)平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動(dòng)，即二次下滑問(wèn)題，以及二次下降時(shí)的重物或空鉤下滑問(wèn)題，即二次下降問(wèn)題。2. 回轉(zhuǎn)回路 （1）具有獨(dú)立工作能力。 （2）回轉(zhuǎn)制動(dòng)應(yīng)兼有常閉制動(dòng)和常開(kāi)制動(dòng)（可以自由滑轉(zhuǎn)對(duì)中），兩種情況。3. 變幅回路 （1）帶平衡閥并設(shè)有二次液控單向閥鎖住保護(hù)裝置。 （2）要求起落臂平穩(wěn)，微動(dòng)性好，變幅在任意允許幅值位置能可靠鎖死。 （3）要求在有載荷情況下能微動(dòng)。 （4）平衡閥應(yīng)備有下腔壓力傳感器接口，作為力矩限制器檢測(cè)星號(hào)源。4. 伸縮回路本機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)采用四節(jié)臂（含有三個(gè)液壓缸），由于本機(jī)為中型起重機(jī)為了使本機(jī)運(yùn)用廣泛，采用電液閥控制液壓缸實(shí)現(xiàn)各節(jié)臂順序伸縮。各節(jié)臂具有任意伸縮的選擇性，但不能實(shí)現(xiàn)同部伸縮。5. 控制回路 （1）為了使操縱方便總體要求操縱手柄限制為兩個(gè)。 （2）操縱元件必須具有45?方向操縱兩個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)能力。6. 支腿回路 （1）要求垂直支腿不泄漏，具有很強(qiáng)的自鎖能力（不軟腿）。 （2）要求各支腿可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。 （3）要求水平支腿伸出距離足夠大，能夠滿(mǎn)足最大吊重而不至于整機(jī)傾翻。 （4）要求垂直支腿能夠承載最大起重時(shí)的壓力。 （5）起重機(jī)行走時(shí)不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。7. 重鐵回路 伸縮式重鐵掛放平衡機(jī)構(gòu)位于后轉(zhuǎn)臺(tái)，重鐵伸縮臂一端與后轉(zhuǎn)臺(tái)固定，另一端上安裝有重鐵掛放機(jī)構(gòu)，配重鐵為便于回送時(shí)保持整機(jī)軸重均衡，分為前活動(dòng)配重鐵及后配重鐵兩部分，回送時(shí)前活動(dòng)配重鐵放置在底架前端，吊重時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)車(chē)，將兩塊配重鐵疊加，并由掛放機(jī)構(gòu)（掛放油缸）吊起，起重作業(yè)時(shí)，根據(jù)實(shí)際吊重情況配重伸縮臂內(nèi)的伸縮油缸進(jìn)行伸縮，從而使配重伸縮臂進(jìn)行一定長(zhǎng)度的伸縮，配重機(jī)構(gòu)連同配重鐵的重量作用于伸縮臂這一懸臂梁結(jié)構(gòu)上，形成一定的力矩與前轉(zhuǎn)臺(tái)吊重所產(chǎn)生的力矩相平衡，保證整車(chē)重心在安全支承范圍內(nèi)。 重鐵機(jī)構(gòu)工況分析，即為.1. 工作負(fù)載FW 不同的機(jī)器有不同的工作負(fù)載。對(duì)于液壓起重機(jī)來(lái)說(shuō)，工件的壓制抗力即為工作負(fù)載。工作負(fù)載FW與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正值，方向相同時(shí)為負(fù)值。工作負(fù)載既可以為定值也可以為變值，其大小根據(jù)具體情況加以計(jì)算，有時(shí)還要由樣機(jī)實(shí)測(cè)確定。FW=16010179。=1568KN2. 導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff導(dǎo)軌摩擦負(fù)載是指液壓缸驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件時(shí)所受的導(dǎo)軌摩擦力，其值與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌形式、放置情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。各種形式導(dǎo)軌的摩擦負(fù)載計(jì)算公式可查閱有關(guān)手冊(cè)。靜摩擦阻力： Ffs=10?=動(dòng)摩擦阻力： Ffd=10?= 3. 慣性負(fù)載Fi 慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)加速或制動(dòng)減速時(shí)的慣性力，其值可按照牛頓第二定律求出，即 Fi=(G/g)(ΔV/Δt)式中： g重力加速度ΔVΔt時(shí)間內(nèi)的速度變化值Δt—啟動(dòng)、制動(dòng)或速度轉(zhuǎn)換時(shí)間?！?輕載低速時(shí)取較小值。Fi=10?／= Fn=10?10179。=840KN垂直或傾斜放置的運(yùn)動(dòng)部件，在沒(méi)有平衡的情況下，其自重也成為一種負(fù)載。傾斜放置時(shí)，只計(jì)算重力在運(yùn)動(dòng)上的分力。液壓缸上行時(shí)重力取正值，反之取負(fù)值。G=mg=343KN密封負(fù)載是指密封裝置的摩擦力，其值與密封裝置的類(lèi)型和尺寸、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)。Fs的計(jì)算公式詳見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。在未完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，不知道密封裝置的參數(shù)，無(wú)法計(jì)算。一般用液壓缸的機(jī)械效率加以考慮，一般取=～。6．背壓負(fù)載Fb背壓負(fù)載是指液壓缸回油腔背壓所造成的阻力。在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前，其無(wú)法計(jì)算，在負(fù)載計(jì)算時(shí)，可暫時(shí)不考慮。7. 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值：其中：。 ——液壓缸的機(jī)械效率，一般取=～。表31： 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工況負(fù)載組成推力 F/ F= Fn+ FfsG=560KN628KNF= Fn+ Ffd+FiG=557KN619KNF= Fn+ FfdG=531KN590KNF= Fn+ Ffd+ FwG=2100KN2333KNF= Fn+ Ffd+G=1217KN1353KN 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制負(fù)載圖按上面的數(shù)值繪制，速度圖按給定條件繪制，如圖所示： 圖31速度循環(huán)圖 圖32 負(fù)載循環(huán)圖考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)需要承受較大的工作壓力，系統(tǒng)功率也較大，現(xiàn)采用軸向柱塞泵，具有將32MPa壓力的純凈液壓油輸入到各種油壓機(jī)、液動(dòng)機(jī)等液壓系統(tǒng)中，以生產(chǎn)巨大的工作動(dòng)力，該柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，工作壓力高，流量調(diào)節(jié)方便。 圖33 重鐵系統(tǒng)液壓原理圖圖33為重鐵系統(tǒng)液壓原理圖。操縱伸縮先導(dǎo)操縱閥1，控制油路通過(guò)先導(dǎo)操縱閥1的a7(b7)口，進(jìn)入四聯(lián)閥組2的a7(b7)口，使四聯(lián)閥組換向，重鐵主油路接通，主泵的液壓油通過(guò)四聯(lián)閥組液壓鎖，分別進(jìn)出伸縮油缸的有桿腔或無(wú)桿腔，從而驅(qū)動(dòng)伸縮油缸進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)重鐵油缸的伸縮動(dòng)作。當(dāng)操縱手動(dòng)換向閥時(shí)，液壓油經(jīng)手動(dòng)換向閥、雙向液壓鎖進(jìn)入掛放油缸，實(shí)現(xiàn)掛放油缸的掛放動(dòng)作。雙向液壓鎖的作用是封閉油缸的進(jìn)出油路，閉鎖無(wú)桿腔液壓油，使掛放油缸的活塞桿鎖定在某一工作位置，保證系統(tǒng)安全。平衡閥的作用是在起重機(jī)重鐵下降時(shí)，防止在載荷或重鐵自重的作用下，其下降速度過(guò)快，引起機(jī)構(gòu)失控，而造成事故。第4章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件選擇 確定系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。液壓執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載圖中的最大負(fù)載來(lái)選取，見(jiàn)表41也可以根據(jù)主機(jī)的類(lèi)型來(lái)選取，見(jiàn)表42最大流量則由液壓執(zhí)行元件速度圖中最大速度計(jì)算出來(lái)。工作壓力和最大流量的確定都與液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)（指液壓缸的有效工作面積A或液壓馬達(dá)的排量Vm）有關(guān)。一般的做法是先選定液壓執(zhí)行元件的類(lèi)型及其工作壓力P，在按照最大負(fù)載和預(yù)估的液壓執(zhí)行元件的機(jī)械效率求出A或Vm，并通過(guò)各種必要的驗(yàn)算、修正和圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后定下這些結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后，再算出最大流量Qmax來(lái)。 表41 按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/KN 55～1010～2020～3030～5050工作壓力/MPa～1～2～33～44～5=5～7表42 按主機(jī)類(lèi)型選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力設(shè)備類(lèi)型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械汽車(chē)工業(yè)小型工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)工程機(jī)械重型機(jī)械鍛壓設(shè)備液壓支架等船用系統(tǒng)磨床組合機(jī)床齒輪加工機(jī)床刨床車(chē)床銑床研磨機(jī)床拉床龍門(mén)刨床工作壓力/MPa2～42～51010～1616～3214～25按液壓機(jī)床類(lèi)型初選液壓缸的工作壓力為25Mpa，根據(jù)快進(jìn)和快退速度要求，采用單桿活塞液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并通過(guò)充液補(bǔ)油法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種情況下液壓缸無(wú)桿腔工作面積A?應(yīng)為有桿腔工作面積A?的6倍，即活塞桿直徑與缸筒直徑滿(mǎn)足： 的關(guān)系?？爝M(jìn)時(shí)，液壓缸回油路上必須具有背壓，防止上壓板由于自重而自動(dòng)下滑，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表22中，可取=1Mpa，快進(jìn)時(shí)，液壓缸是做差動(dòng)連接，但由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估計(jì)時(shí)可取，快退時(shí)，回油腔是有背壓的，這時(shí)亦按2Mpa來(lái)估算。以單活塞桿液壓缸（伸縮油缸）為例來(lái)說(shuō)明其計(jì)算過(guò)程。圖41：?jiǎn)位钊麠U液壓缸計(jì)算示意圖其中 —— 液壓缸工作腔的壓力 Pa—— 液壓缸回油腔的壓力 Pa 故： A?= 178。D====當(dāng)按GB234880將這些直徑圓整成進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：D=260mm,d=200mm. 由此求得伸縮油缸缸面積的實(shí)際有效面積為：A?= m178。A?= m178。同理可求得重鐵掛