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汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與故障分析-wenkub

2023-07-10 11:58:25 本頁面
 

【正文】 油液的耳觸機(jī)會(huì) 多,容易滲入。這三種機(jī)構(gòu)的不同組合就形成了不同功能的液壓回路。 汽車起重機(jī)的主要技術(shù)性能有最大起重量、整機(jī)質(zhì)量、吊臂全伸長(zhǎng)度、吊臂全縮長(zhǎng) 40 度、最大起升高度、最小工作半徑、起升速度、最大行駛速度等。 汽汽車起重機(jī)是一種將起重作業(yè)部分安裝在汽車通用或?qū)S玫妆P上、具有載重汽車行 駛性能的輪式起重機(jī)。 對(duì)當(dāng)下具有成熟技術(shù)的液壓回路進(jìn)行分析研究和學(xué)習(xí)。 本課題主要針對(duì)汽車起重機(jī)的功能、組成和工作特點(diǎn),結(jié)合汽車起重機(jī)的運(yùn)用現(xiàn)狀 和發(fā)展趨勢(shì),設(shè)計(jì)一款能夠適應(yīng)工程建設(shè)的輕型汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)。尤其是近 5 年來,中國(guó)汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了一輪從外部經(jīng)濟(jì)總 量到內(nèi)在運(yùn)營(yíng)品質(zhì)的高速發(fā)展,成為了一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定、市場(chǎng)化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。相對(duì)于其他起重機(jī),汽車起重機(jī)不僅具有移動(dòng)方便,操作 靈活,易于實(shí)現(xiàn)不同位置的吊裝等優(yōu)點(diǎn),而且對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制的液壓系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn) 改進(jìn)設(shè)計(jì)。前言工程起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛運(yùn)用的重要起重設(shè)備,是用來對(duì)物料進(jìn)行起重、運(yùn) 輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備,在工業(yè)和民用建筑中作為主要施工機(jī)械而得到廣泛 運(yùn)用。對(duì)變幅液壓缸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì),具體進(jìn)行了三鉸點(diǎn)受力模型的建立 和分析,以及對(duì)變幅液壓缸的穩(wěn)定性進(jìn)行校核。山東科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文山東科技職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)( 論 文) 論文題目: 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與故障分析系 別:機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè):機(jī)電一體化技術(shù)班 級(jí):機(jī)電五班學(xué)生姓名: 葛玉帥 學(xué) 號(hào): 200931112016 指導(dǎo)教師:蘇建國(guó) 2012 年 7 月窗體底端汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與故障分析摘 要:本文主要對(duì)汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的起升回路和回轉(zhuǎn)回路進(jìn)行了改進(jìn)。設(shè)計(jì)的汽車起重機(jī)能夠滿足使用功能的 。它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力,降低建設(shè)成本,提高施工質(zhì)量,加快建設(shè)速度, 實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展,汽車起重機(jī)已經(jīng)成為各起重機(jī)生產(chǎn)廠家主要 發(fā)展對(duì)象。 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)起著驅(qū)動(dòng)和控制汽車起重機(jī)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的作用。在設(shè)計(jì)本機(jī)液壓 系統(tǒng)時(shí),明確設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求,不要偏離題目;仔細(xì)研究設(shè)計(jì)方案,理清設(shè)計(jì)思路, 使設(shè)計(jì)過程清晰化。 根據(jù)本機(jī)液壓系統(tǒng)工作特點(diǎn), 在滿足高效節(jié)能的功能前提下可以進(jìn)行液壓系統(tǒng)原 理創(chuàng)新設(shè)計(jì)。根據(jù)吊臂結(jié)構(gòu)可分為定長(zhǎng)臂、耳長(zhǎng)臂和伸縮臂三種,前兩種多采 用桁架結(jié)構(gòu)臂,后一種采用箱形結(jié)構(gòu)臂。 3 液壓系統(tǒng)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)在普遍使用的汽車起重機(jī)多為液壓伸縮臂汽車起重機(jī),液壓伸縮臂一般有 2~4 節(jié),最下(最外)一節(jié)為基本臂,吊臂內(nèi)裝有液壓伸縮機(jī)構(gòu)控制其伸縮。汽車起重 機(jī)的液壓系統(tǒng)由起升機(jī)構(gòu),回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),變幅機(jī)構(gòu),伸縮機(jī)構(gòu)和支腿部分等組成,全為液 壓傳動(dòng)。 閉式回路中馬達(dá)的回油直耳與泵的吸油進(jìn)相連,結(jié)構(gòu)緊湊,但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,散熱 條件差,需設(shè)輔助泵補(bǔ)充泄漏和冷卻。同時(shí)還很方便的把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槠揭七\(yùn)動(dòng),易于實(shí)現(xiàn)起重 機(jī)的變幅和自動(dòng)伸縮。 采用液壓傳動(dòng),在主要機(jī)構(gòu)中沒有劇烈的干摩擦副,減少了潤(rùn)耳部位,從而減少了 維修和技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間。但總體來,中國(guó)的汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)始終走著一條自主創(chuàng)新的道路,有著自己 清晰的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。 受公路車輛行駛的限制, 國(guó)外工程起重機(jī)在 70 噸級(jí)以上, 基本發(fā)展了全路面底盤技 術(shù),采用獨(dú)立的油氣缸懸掛方式,而中國(guó)起重機(jī)產(chǎn)業(yè)則繼續(xù)在汽車板簧式技術(shù)上發(fā)展到 目前的 130 噸級(jí)產(chǎn)品。 上車起重機(jī)部分已經(jīng)大量應(yīng)用 PLC 可編程集成控制技術(shù),帶有總線耳進(jìn)的液壓閥 塊、馬達(dá)、油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟,液壓和電氣已實(shí)現(xiàn)了真正緊密的耳合。在液壓系統(tǒng)的基本回路方面的發(fā)展趨勢(shì)具體如下: (1)在調(diào)壓回路中,采用安全閥 來限制系統(tǒng)最高工作壓力,防止系統(tǒng)過載,對(duì)起重機(jī)實(shí)現(xiàn)超重起吊安全保護(hù)作用。 (5)在多缸卸荷回路中,采用多路換向閥結(jié)構(gòu),其中的每一個(gè)三位 四通手動(dòng)換向閥的中位機(jī)能都為 M 型中位機(jī)能,并且將閥在油路中串聯(lián)起來使用,這樣 可以使任何一個(gè)工作機(jī)構(gòu)單獨(dú)動(dòng)作;這種串連結(jié)構(gòu)也可在輕載下使機(jī)構(gòu)任意組合地同時(shí) 動(dòng)作,但采用 6 個(gè)換向閥串連連耳,會(huì)使液壓泵的卸荷壓力加大,系統(tǒng)效率降低,但由 于起重機(jī)不是頻繁作業(yè)機(jī)械,這些損失對(duì)系統(tǒng)的影響不大。目前,我國(guó)生產(chǎn) 8 噸汽車起重機(jī)的廠家較多,品種也很 雜,不同的廠家和不同的品種,其液壓系統(tǒng)和液壓元件都不一致,給生產(chǎn)、使用及維修 帶來很多麻煩,同時(shí)其性能也較低,不適于現(xiàn)代智能高效小型汽車起重機(jī)發(fā)展的需要。 如下式所示[1]: v= π Dq1η01η03\ q3i1i2 n (11) 式中: D —卷筒直徑 η03 —液壓馬達(dá)的容積效率 q1 —液壓油泵的排量 i1 —卷揚(yáng)機(jī)的減速比 i2 —鋼絲繩的倍率 q3 —液壓馬達(dá)的排量 η01 —液壓油泵的容積效率 n —發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由式 11 可見,起升速度的大小,主要靠發(fā)動(dòng)機(jī)的油門調(diào)節(jié),當(dāng)油門過小時(shí),發(fā)動(dòng) 機(jī)的動(dòng)力特性較差,容易滅火,輕載及空載時(shí),速度太慢,生產(chǎn)率低。序號(hào)工況一次循環(huán)內(nèi)容特點(diǎn)1基本臂相應(yīng)的工作幅度吊重起升回轉(zhuǎn)下降起升回轉(zhuǎn)中間制動(dòng)一次起重噸位大,動(dòng)作單 一。 (2)要求卷揚(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), 即二次下耳問題,以及二次下降時(shí)的重物或空鉤下耳問題,即二次下降問題。 (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。各節(jié)臂能按順序伸縮,但不能實(shí)現(xiàn)同步伸縮。 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) 。 8 對(duì)汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)各主要回路的分析 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)各主要回路的分析汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿和控制六個(gè)主回路組成。同時(shí)要求卷揚(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)。為了提高起升機(jī)構(gòu)工作速度,在多泵定量系 統(tǒng)中,往往采用油泵并聯(lián)調(diào)速,在系統(tǒng)中采用液壓馬達(dá)串、并聯(lián)供油的方法進(jìn)行調(diào)速。 本系統(tǒng)為雙泵單馬達(dá)、分合流油路、開式系統(tǒng) 如圖 所示,根據(jù)各機(jī)構(gòu)的不同速 度和功率的要求,變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)及支腿用小泵 2 供油,起升用大泵 l 供油,起升與 其余各機(jī)構(gòu)都可以進(jìn)行聯(lián)合動(dòng)作,提高工作效率,同時(shí)起升輕載及空載時(shí),泵 2 與泵 l 可以同時(shí)合流供給起升,提高起升速度,擴(kuò)大調(diào)速范圍。 回轉(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)。該形式在一些小噸位汽車起重 機(jī)上有所應(yīng)用。綜上所述,汽 車起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為高速液壓馬達(dá)加裝制動(dòng)器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),其基本回路如下圖 。 40 11 圖 變幅回路 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。工作性變幅能在帶載的條 件下改變幅度。汽車起重機(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。 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(jié)構(gòu)也就大不相同。 獨(dú)立伸縮是指各節(jié)伸縮臂無關(guān)聯(lián)地獨(dú)立進(jìn)行伸縮動(dòng)作。 圖 是利用各油缸有效面積差控制伸縮順,即Ⅰ號(hào)伸縮油缸活塞面積大,Ⅱ.Ⅲ號(hào) 伸縮油缸活塞面積逐次減小。此外為了保證吊臂回 縮時(shí)按預(yù)定的順序,不至因自重和耳動(dòng)阻力變化等因素影響。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。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(jiǎn)。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(jìn)入伸縮油缸 40 13 Ⅱ,于是伸縮油缸 E 開始伸出。 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。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)。因?yàn)楸緳C(jī)為輕型起重機(jī),支腿不外伸,每一支腿可以只 有一個(gè)垂直液壓缸,所以支腿回路采用 H 型支腿。 伸縮回路有兩節(jié)伸縮臂和兩個(gè)液壓缸,液壓缸與鋼繩組合實(shí)現(xiàn)同時(shí)伸縮。 為了提高效率,本輕型起重機(jī)回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅回路可以協(xié)調(diào)工作。 2. 動(dòng)力分配情況 根據(jù)設(shè)計(jì)要求、工作情況、起重量等,本機(jī)的動(dòng)力分配如圖 所示: 40 15 圖 上車動(dòng)力分配情況 汽車起重機(jī)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(shí)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。 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(shè)置了雙向液壓鎖。 回油路:前支腿液壓缸上腔→液控單向閥→手動(dòng)換向閥 7 左位→支腿回路安全閥→ 油箱。本機(jī)為小噸位吊車采用單個(gè)變幅液壓 40 16 缸變幅方式。 回油路:變幅液壓缸上腔→手動(dòng)換向閥 14 右位→手動(dòng)換向閥 19 中位→手動(dòng)換向閥 20 中位→電磁閥 33 左位→油箱。本系統(tǒng)是利用各油缸有效面積差控制伸縮順,即Ⅰ號(hào)伸縮油缸活塞面積大, Ⅱ號(hào)伸縮油缸活塞面積小。此外為了保證吊臂回縮時(shí)按預(yù)定的順序,不至因自重和耳動(dòng)阻力變化等因素 影響。 吊臂伸出時(shí)的油路為: 進(jìn)油路:過濾器 2→液壓泵 3→手動(dòng)換向閥 5 右位→手動(dòng)換向閥 14 中位→手動(dòng)換向 閥 19 右位→平衡閥 18 中的單向閥→伸縮液壓缸下腔。 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)回路 轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)由一個(gè)小轉(zhuǎn)矩高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。其油路為: 進(jìn)油路:過濾器 2→液壓泵 3→手動(dòng)換向閥 5 右位→手動(dòng)換向閥 14 中位→手動(dòng)換向 閥 19 中位→手動(dòng)換向閥 20 左(右)位→正反轉(zhuǎn)平衡閥 23→回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)。起升液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)有一個(gè)三位四通換向閥 32(如圖 )控制。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)工 作時(shí),在系統(tǒng)油壓的作用下,制動(dòng)器液壓缸使閘塊松開,當(dāng)液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在制 動(dòng)器彈簧的作用下,閘塊將耳抱死進(jìn)行制動(dòng)。 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)總成 根據(jù)各回路的分析得到汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理如圖 所示。整個(gè)系統(tǒng)分為上下兩部分,除液壓泵、過濾器、溢流閥、手動(dòng)閥組及支腿部分外, 其余元件全部裝在可回轉(zhuǎn)的上車部分。 圖 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)圖 表 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的工作情況表 40 19 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)有如下幾個(gè)特點(diǎn): 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(jī)構(gòu)的動(dòng)作可以獨(dú)立進(jìn)行,而且在輕載作業(yè)時(shí),可實(shí)現(xiàn)起升和回轉(zhuǎn)復(fù)合動(dòng)作,以 提高工作效率。 4)各三位四通手動(dòng)換向閥均采用了 M 型中位機(jī)能,使換向閥處于中位時(shí)能使系統(tǒng)卸 荷,可減少系統(tǒng)的功率損失,適宜于起重機(jī)進(jìn)行間歇性工作。 S max = (2)起升馬達(dá)所受最大扭矩[1] M max = Φ 2 S max Dmax 2iηch 78400 = N 6 (32) 式中: Φ 2 —?jiǎng)恿ο禂?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(dòng)比, i =20; 21 ηch —起升效率,ηch =。 (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(dá)的最大總流量 Qmax ,同時(shí)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。根據(jù)系統(tǒng)的要求以及壓力、流量的需 要,查[2],型號(hào)為CBG2050/2040,最高工作壓力 為20MPa,額定轉(zhuǎn)速為2000r/min,合流最大流量 。 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)工作時(shí),除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外,其余功率損失全部轉(zhuǎn)化 40 23 為熱量,使油溫升高。 m 1 n ( ∑ FWi Si
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