【文章內(nèi)容簡介】 過幾年的發(fā)展，汽車起重機(jī)市場用戶群體發(fā)生了較大的變化，由最初的以施工單位用戶為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詡€體用戶為主。 市場競爭格局 國內(nèi)汽車起重機(jī)市場一直呈現(xiàn)徐重獨領(lǐng)風(fēng)騷，中聯(lián)浦沅緊隨的競爭格局，近年來，三一成為汽車起重機(jī)行業(yè)的黑馬。徐重、浦沅集中在 1 20 和 25 噸的競爭區(qū)間，長起和泰起集中在 8 噸產(chǎn)品。 當(dāng)前，汽車起重機(jī)行業(yè)的市場競爭呈現(xiàn)以下態(tài)勢： 制宜、兼有起重和運輸?shù)碾p重功能將發(fā)展成為市場熱點； 、全地面起重機(jī)成為企業(yè)追求利潤的增長點； ； ； ； 。 本課題來源 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)起著驅(qū)動和控制汽車起重機(jī)各機(jī)構(gòu)動作的作用。其性能好壞對起重機(jī)有著十分重要的影響。目前，我國生產(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。為此對傳統(tǒng)型 QY8 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了如下幾方面的研究。老 8 噸汽車起重機(jī)都是采用單泵單馬達(dá)（定量式 )、串聯(lián)油路、開式系統(tǒng)，所有的工作機(jī)構(gòu)都靠一個油源供油，難于同時滿足不同機(jī)構(gòu)的速度和功率匹配的需要，例如起升機(jī)構(gòu)為了滿足起升速度的要求，需要較大的流量，而伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)及支腿則需要較小的流量即可，因此只好靠控制發(fā)動機(jī)的油門及在機(jī)構(gòu)上采取一些措施解決這一矛盾，但這是有一定限度的。還存在一些問題， 起升速度低，最高起升速度只有 8m／ min，起升速度調(diào)節(jié)范圍小。 如下式所示 [9]： niiqDqv21303011 ???? (式 11) 式中： D 卷筒直徑 03?液壓馬達(dá)的容積效率 1q液壓油泵的排量 1i 卷揚機(jī)的減速比 2i 鋼絲繩的倍率 3q 液壓馬達(dá)的排量 01? 液壓油泵的容積效率 n 發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速 由上式可見，起升速度的大小，主要靠 發(fā)動機(jī)的油門調(diào)節(jié)，當(dāng)油門過小時，發(fā)動機(jī)的動力特性較差，容易滅火，輕載及空載時，速度太慢，生產(chǎn)率低。 新型 QY8 汽車起重機(jī)，采用了雙泵單馬達(dá)、分合流油路、開式系統(tǒng)，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)合動作，提高工作效率，同時起升輕載及空載時，泵 2與泵 l可以同時合流供給起升，提高起升速度，擴(kuò)大調(diào)速范圍，如下式所示 [9]： 式中：1q泵 1 的排量 2q 泵 2 的排量 01? 泵 1 及泵 2 的容積效率 由上式可見，除發(fā)動機(jī)的油門調(diào)節(jié)起升速度外，還可以通過分合流型式調(diào)節(jié)起升速度，當(dāng)重載時，用分流方式，即泵 2不參與起升工作，此時提升速度為低速；當(dāng)空載或輕載時用合流方式。 本課題主要研究工作 本課題主要針對汽車起重機(jī)的功能、組成和工作特點，結(jié)合國內(nèi)外汽車起重機(jī)的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨 勢，設(shè)計一款能夠適應(yīng)國內(nèi)外工程建設(shè)的輕型汽車起重機(jī)（ QY8）液壓系統(tǒng)。在設(shè)計本機(jī)液壓系統(tǒng)時，明確設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求，不要偏離題目；仔細(xì)研究設(shè)計方案，理清設(shè)計思路，使設(shè)計過程清晰化。在做好以上兩點的基礎(chǔ)上。進(jìn)行以下研究工作： 分析已有的汽車起重機(jī)， 結(jié)合本設(shè)計任務(wù)，了解其優(yōu)缺點，把握其發(fā)展方向。 對 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) 。 根據(jù)本機(jī)液壓系統(tǒng)工作 特點，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。 對設(shè)計好的液壓原理系統(tǒng)進(jìn)行計算，選擇合適的 液壓元件 ，并對其 性能進(jìn)行 驗算，包括壓力損失和系統(tǒng)發(fā)熱 等 。 對起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計 ，使其結(jié)構(gòu)緊湊 合理 ，壽命長 。 選取變幅液壓缸進(jìn)行計算設(shè)計 ，提高其可靠性 。 注：整機(jī)基本參數(shù)應(yīng)符合《汽車起重機(jī)基本參數(shù)》標(biāo)準(zhǔn) 。 213030121 )( iiq qqDv ??? ??(式 12) 第 2 章 液壓系統(tǒng)性能分析與原理設(shè)計 QY8 典型工況分析及對液壓系統(tǒng)要求 QY8 典型工況的分析 根據(jù)起重機(jī)試驗規(guī)范，以及很多操作者的實際經(jīng)驗，可確定表 的三種工況，作為輕型汽車起重機(jī)的典型工況。設(shè)計液壓系統(tǒng)時要求各系統(tǒng)的動作能夠滿足這些工況要求。 表 汽車起重機(jī)典型工況表 序號 工 況 一次循環(huán)內(nèi)容 特 點 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)－下降（中間制動一次） 起重噸位大，動作單一，很少與回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組合動作 2 全長臂 相應(yīng)的工作幅度 卷揚起升－回轉(zhuǎn)－卷揚下降－卷揚起升－回轉(zhuǎn)－卷揚下降 （中間制動一次） 運用較多的情況，能滿足小噸位的工作 3 最長臂； 主臂加副臂；相應(yīng)的工作幅度； （起升＋回轉(zhuǎn)）－變幅－下降－（起升＋回轉(zhuǎn)）－下降（中間制動一次） 起重噸位小，一般在一到兩噸之間 對液壓系統(tǒng)要求 根據(jù)汽車起重機(jī) 的典型工作狀況對系統(tǒng)的要求主要反映在對以下幾個液壓回路的要求上。 1. 起升回路 （ 1）能方便的實現(xiàn)合分流方式轉(zhuǎn)換，保證工作的高效安全。 （ 2）要求卷揚機(jī)構(gòu)微動性好，起、制動平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動， 即二次下滑問題，以及二次下降時的重物或空鉤下滑問題，即二次下降問題。 2. 回轉(zhuǎn)回路 （ 1）具有獨立工作能力。 （ 2）回轉(zhuǎn)制動應(yīng)兼有常閉制動和常開制動（可以自由滑轉(zhuǎn)對中），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。 （ 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星號源。 4. 伸縮回路 本機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)采用三節(jié)臂（含有兩個液壓缸），由于本機(jī)為輕型起重機(jī)為了使本機(jī)運用廣泛，實現(xiàn)各節(jié)臂順序伸縮。各節(jié)臂能按順序伸縮，但不能實現(xiàn)同步伸縮。 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。 （ 2）操縱元件必須具有 45176。方向操縱兩個機(jī)構(gòu)聯(lián)動能力。 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）要求前后組支腿可以進(jìn)行單獨調(diào)整。 （ 3）要求支腿能夠承載最大起重時的壓力，并且有足夠的防傾翻力矩。 （ 4）起重機(jī)行走時不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。 對 QY8 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 個主回路組成 。從圖 可以看出，各個回路之間具有不同的功能、組成和工作特點。 圖 汽車起重機(jī)各回路工作狀態(tài) ： 起升回路起到使重物升降的作用。起升回路的分析 詳 見第五章起升回路的設(shè)計。 ： 回轉(zhuǎn)回路起到使吊臂回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)重物水平移動的 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。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使重物水平移動的范圍有限， 但所需功率小，所以一般汽車起重機(jī)都設(shè)計成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 液壓驅(qū)動的小起重量起重機(jī)，通過液壓回路和換向閥的合適機(jī)能，可以使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不裝制動器，同時保證回轉(zhuǎn)部分在任意位置上停住，并避免沖擊。高速液壓馬達(dá)的驅(qū)動形式，在汽車式、輪胎式和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用廣泛。如圖 ，低速大扭矩液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速每分鐘在 0100 轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，因此，可以直接在油馬達(dá)軸上安裝回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的小齒輪，如馬達(dá)輸出扭矩不 滿足傳動要求，可以加裝機(jī)械減速裝置。該形式在一些小噸位汽車起重機(jī)上有所應(yīng)用?？梢栽谝簤厚R達(dá)輸出軸上加裝制動器。 圖 低速大扭矩液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 采用低速大扭矩液壓馬達(dá)可以省去或減小減速裝置，因此機(jī)構(gòu)很緊湊。但低速大扭矩液壓馬達(dá)成本高，使用可靠性不如高速液壓馬達(dá)，加之可以采用結(jié)構(gòu) 緊湊、傳動比大的行星傳動或蝸輪傳動，高速液壓馬達(dá)在起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中使用廣泛。綜上所述， QY8回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計為高速液壓馬達(dá)加裝制動器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其基本回路如下圖 。 圖 回轉(zhuǎn)回路 ： 絕大部分工程起重機(jī)為了滿足重物裝、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。變幅回路則是實現(xiàn)改變幅度的液壓工作回路，用來擴(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（圖 ）。 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。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(jī)構(gòu)的驅(qū)動功率，這種變幅的變幅機(jī)構(gòu)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(jī)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(jī)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(qū)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(jī)構(gòu)較復(fù)雜，自重也較大，但工作機(jī)動性卻大為改善。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。 ： 具有臂架伸縮機(jī)構(gòu)的起重機(jī)，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時間。臂架全部縮回以后，起重機(jī)外形尺寸減小，提高了機(jī)動性和通過性。臂架采用液壓伸縮機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)無級伸縮和帶載伸縮，擴(kuò)大了汽車和輪胎起重機(jī)、鐵路救援起重機(jī)在復(fù)雜使用條件下的使用功能。 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 。 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 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(guān)聯(lián)地獨立進(jìn)行伸縮動作。 顯然，獨立伸縮機(jī)構(gòu)同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動作。如圖 所示。 圖 臂架伸縮方式 （ a） 順序伸縮 （ b） 同步伸縮 為了使起重機(jī)各節(jié)伸縮臂伸出后的載荷和起重機(jī)的起重量特性相適應(yīng)，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(yù)定的順序，不至因自重和滑動阻力變化等因素影響。平衡閥的開啟壓力應(yīng)該設(shè)定為足 K1 最大， K3 最小。 圖 。扳動操縱閥 S，使 A與 P 接通，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(jī)構(gòu)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接通。壓力油經(jīng)電液換向閥 Cl 及平衡閥 Kl 進(jìn)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(jìn)入伸縮油缸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(jìn)入伸縮油缸Ⅲ伸出。 與前述方案比較，由于該機(jī)構(gòu)裝有電液閥，從而需要設(shè)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 QY8 伸縮回路選擇差積式順序伸縮回路。 圖 差積式順序伸縮原理 圖 單向順序閥順序伸縮原理 圖 電液換向閥順序伸縮原理 Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ 伸縮油缸； S操縱閥； ； 321 . 平衡閥； Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 伸縮油缸； S操縱閥； 321 . 平衡閥。 ；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 伸縮油缸； S操縱閥； ：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。 起重機(jī)設(shè)置支腿機(jī)構(gòu)，目的是增加起重 機(jī)的穩(wěn)定性及起重能力。支腿機(jī)構(gòu)在作業(yè)時承受整機(jī)的自重和吊重，要求結(jié)構(gòu)堅固，動作可靠。 目前支腿大都采用液壓支腿。支腿機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，跨距小，只適用于中小噸位起重機(jī)上使用。 圖 H 型支腿 圖 X 型支腿 1水平液壓缸； 2垂直液壓缸