【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 K1 —油箱散熱系數(shù)，見(jiàn)下表 ，取 K1 =16； K 2 —管路散熱系數(shù)，見(jiàn)下表 ； A1 、 A2 —分別為油箱。管道的散熱面積， m 2 ； ?T —油溫與環(huán)境溫度之差，℃。表 油箱散熱系數(shù) K1 /[W/( m ℃)] 2 24 冷卻條件 通風(fēng)條件很差 通風(fēng)條件良好 用風(fēng)扇冷卻 循環(huán)水強(qiáng)制冷卻表 管道散熱系數(shù) K 2 /[W/( m ℃)] 2 K1 8～9 15～17 23 110～170 管道外徑/m 風(fēng)速/m s ?1 0 1 5 8 25 69 6 14 40 5 10 23 若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則 Phr = Phc ，油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差[2] ?T = Phr K1 A1 + K 2 A2 (312) 環(huán)境溫度為 T0 ， T0 =25℃。查下表 可知 T≤90，則△T≤T T0 =75℃。取△T=75℃ 表 各種機(jī)械允許油溫/℃ 液壓設(shè)備類(lèi)型 數(shù)控機(jī)床 一般機(jī)床 正常工作溫度 30～50 30～55 最高允許溫度 55～70 55～70 40 機(jī)車(chē)車(chē)輛 船舶 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 （1） 油箱散熱面積 A1 的計(jì)算 40～60 30～60 40～70 50～80 70～80 80～90 60～90 70～90 25 油箱容積一般為液壓泵流量的 3～8 倍， 由于汽車(chē)起重機(jī)的冷卻效果較好， 故取油箱 容量為液壓泵流量的 6 倍，即 V=8 qv max =8= l = m3 。 如令油箱尺寸的高、 寬、 長(zhǎng)之比為 1∶1∶1 至 1∶2∶3， 油面高度選油箱高度的 ， 油箱靠自然冷卻使系統(tǒng)保持在允許溫度以下時(shí)，則油箱的散熱面積可近似用以下公式計(jì) 算[2]： A1 = 3 V 2 (313) 式中 V—油箱的有效體積， m3 ； A1 —油箱的散熱面積， m 2 。 則油箱的散熱面積 A1 = m 2 。 （2） 管路散熱面積 A2 的計(jì)算 液壓泵吸油管道內(nèi)徑d[2]: d= 4qv πv (314) 式中 qv —通過(guò)管道內(nèi)的流量， qv = l /min= m3 / s ； v —管道允許流速，m/s。 管道 液壓泵吸油管道 液壓系統(tǒng)壓油管道 液壓系統(tǒng)回油管道 液壓泵吸油管道內(nèi)徑 推薦流速/（m/s） ～，一般常取1以下 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 ～ db = 4 = = 56mm 40 管道壁厚 δ 的計(jì)算[2]: 26 δ= pd 2 [δ ] (315) 式中 p —管道內(nèi)最高工作壓力， p =22M Pa ； d —管道內(nèi)徑，m； [δ ] —管道材料的許用應(yīng)力， Pa ， [δ ] = δ b —管道材料的抗拉強(qiáng)度， Pa ； MPa 時(shí)，取 n = 4 。 δb ； n n —安全系數(shù)，對(duì)鋼管來(lái)說(shuō)，p＜7 MPa 時(shí)，取 n = 8 ；p＜ MPa 時(shí)，取 n = 6 ；p＞由于液壓泵的吸油管道內(nèi)徑 d b = 56mm ＜80mm， 故管道材料采用10鋼， 的力學(xué)性質(zhì)得到10鋼消除應(yīng)力退火后的抗拉強(qiáng)度 δ b = 333 N / mm 2 。故: δ 333 = N / mm 2 [δ ] = b = n 4 管道壁厚： δ= pd 22 56 = = 。 2 [δ ] 2 交貨狀態(tài) 冷加工/硬（Y） 抗拉強(qiáng)度 牌號(hào) 冷加工/軟（R） 抗拉強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 /% 消除應(yīng)力退火(T) 抗拉強(qiáng)度 δb /（N/mm2） δb /（N/mm2） 伸長(zhǎng)率 /% δb /（N/mm2） 伸長(zhǎng)率 /% 不小于 10 20 30 40 412 510 588 647 6 5 4 4 373 451 549 628 2 2 10 8 6 5 3 333 432 520 608 2 12 10 8 7 管道散熱面積 A2 =（56247。2+） =3935mm =10 m 。 K 2 =40 油箱的散熱功率： Phc = ( K1 A1 + K 2 A2 )?T = 8kw 40 27 由 于 散 熱 功 率 Phc =8 kw ＜ Phr = kw ， 所 以 需 要 裝 設(shè) 冷 卻 器 。 根 據(jù) 熱 交 換 量 =。油的流量（+）ml/r 1500r/min= L/min。查[3] ，它能保持油溫50℃左右。 主要液壓輔助裝置的選擇 液壓油的選擇 由于工作溫度在 60℃以下，載荷較輕，故選用機(jī)械油。查[3]表 《液壓泵用 油粘度推薦值》得到所選液壓油的粘度為 63～88mm2/s，查[3]表 《機(jī)械油質(zhì)量指 標(biāo)及應(yīng)用》選 70 號(hào)機(jī)械油，代號(hào)為 HJ70。 濾油器的選擇 查[3]表 《過(guò)濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系》得到顆粒大?。?5 ? m 。查[3]表 《濾油器類(lèi)型及其特性》選擇燒結(jié)式濾油器。根據(jù)液壓泵的流量查[3]表 《SU3 型技術(shù)規(guī)格》選擇 SU3F15016 型燒結(jié)式濾油器。 壓力表的選擇 根據(jù)系統(tǒng)壓力查[3]表 選擇彈簧管壓力表。根據(jù)液壓泵的吸油進(jìn)內(nèi)徑查[3] 表 選擇壓力表的直徑為 60mm。 采用徑向有邊形式， 選擇壓力表的型號(hào)為 Y60T。 閥類(lèi)元件的選擇 閥類(lèi)元件的選擇（參看液壓系統(tǒng)圖） （1）回路操縱閥 根據(jù)工作要求查[3]表 《耳閥機(jī)能》選擇 4WMMT 型手動(dòng)換向閥。根據(jù)工作 壓力及液壓泵的出油進(jìn)內(nèi)徑查[3]表 《技術(shù)規(guī)格》選擇通徑為 16mm。則各個(gè)回 路的操縱閥（7/11/14/19/20/32） ，型號(hào)為 4WMM16T50B10。 （2）回路切換閥 根據(jù)回路切換的工作要求查[3]表 耳閥機(jī)能》 《 選擇 3WMMA 型手動(dòng)換向閥。 根據(jù)工作壓力及液壓泵的出油進(jìn)內(nèi)徑查[3]表 《技術(shù)規(guī)格》選擇通徑為 16mm。 回路切換閥 5 的型號(hào)為 3WMM16A50FB10。 （3）回路平衡閥 根據(jù)工作要求查[3]表 《技術(shù)規(guī)格》選擇變幅平衡閥 1伸縮平衡閥 1回 轉(zhuǎn)平衡閥 23 的型號(hào)為 XD3FL20H，起升平衡閥的型號(hào)為 XD4FL32H。 （4）其它閥類(lèi)元件 支腿液壓鎖：根據(jù)工作原理選擇 Z2S 型疊加式液控單向閥作為鎖緊回路，查[3]表 《技術(shù)規(guī)格》選擇支腿液壓鎖 8 的型號(hào)為 Z2S22。 支腿回路安全閥： 根據(jù)工作要求 DBD 型直動(dòng)式溢流閥做為支腿回路的安全閥， 查[3] 40 表 《技術(shù)規(guī)格》選擇支腿回路安全閥 10 的型號(hào)為 DBDH25P10/20。 28 起升快慢電磁閥：根據(jù)工作要求查[3]表 《耳閥機(jī)能》選擇起升快慢電磁閥 33 的型號(hào)為 。 4 變幅液壓缸設(shè)計(jì) 變幅液壓缸設(shè)計(jì). 變幅液壓缸的受力分析 全液壓汽車(chē)起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)使用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂變幅。液壓缸的布置形式有三 種，分別是前傾式、后傾式和后拉式。前傾式如圖 所示。因液壓缸前傾，其對(duì)動(dòng)臂 作用力臂較長(zhǎng)，變幅缸的推力可以較小些，故缸徑較小。因臂的懸臂長(zhǎng)度較短，對(duì)臂受 力有利。大多數(shù)全液壓汽車(chē)起重機(jī)都采用此布置形式[4]。 變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的幾何關(guān)系簡(jiǎn)化成?ABC （）。AB為油缸，A、B 點(diǎn) 為變幅油缸在轉(zhuǎn)臺(tái)和吊臂上的鉸點(diǎn) OO1 為起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心線。當(dāng)在工作幅度 R 吊 40 起載荷 Q 時(shí)，對(duì)吊臂后鉸點(diǎn) C 的平衡方程式為： FP h = Q( R + a ) + GB lB cos α ? Se FP h = Ql cos α + GB lB cos α ? Se 式中： FP —變幅油缸推力； Q—工作負(fù)載的重量； h—變幅油缸推力對(duì)吊臂鉸點(diǎn)C的力臂； 29 (41) α —吊臂的仰角； l —吊臂的長(zhǎng)度； GB —吊臂的重量； lB —吊臂的重心距C點(diǎn)的距離； S—起升繩的拉力； e—隨 α 角變的起升繩到鉸點(diǎn)C的距離。 因?yàn)镾e Q(R+a)，式(41)可簡(jiǎn)化為： FP h = Ql cos α + GB lB cos α (42) 式（42）表明，當(dāng)起重機(jī)的額定載荷Q確定后，油缸的推力 FP 是仰角α和力臂h的函 數(shù)。仰角 α 和力臂h是由變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的幾何形裝決定的，即?ABC的形狀決定油缸推 力 FP 。 變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)合理幾何形狀的分析 前支式變幅機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)?ABC中，令液壓缸全縮時(shí)長(zhǎng) l0 ，全伸時(shí)長(zhǎng) l ，即有 l = λ l0 ， 其中 λ 為變幅液壓缸的伸縮比，液壓缸全縮時(shí)，吊臂仰角為0176。，液壓缸全伸時(shí)，吊臂仰 40 角為 α ， α max =80176。 30 設(shè)鉸點(diǎn)C與A的距離為p，? 為油缸與鉸耳點(diǎn)AC間的夾角，則在變幅過(guò)程中，油缸推 力 FP 對(duì)C點(diǎn)的力臂h有： h = p sin ? (43) 當(dāng) ? = 90 時(shí)，在△ABC中h=p。取 0 K= h p 則有 K = sin ? 因?yàn)?sin ? ≤1，則K≤1。用作圖法可得到隨吊臂仰角 α 變化的 α ? h 、α ? K 、α ? M 、 曲線，它反應(yīng)變幅過(guò)程中油缸的推力變化情況。 設(shè)變幅油缸全縮時(shí)為單位長(zhǎng)，即 l0 = 1 ，則一般全伸時(shí) l = λ = ，吊臂仰角 α 由0176。變到 80176。，能滿足此變幅油缸的鉸點(diǎn)A布置可有軌跡ad（） ，例如取三種狀態(tài)： 取p=△ A1 B1C 取p=△ A2 B2C 取p=△ A3 B3C 40 、 α ? h 、 α ? K 曲線。 31 α ? h 圖 α ? K 圖 40 。 32 起臂時(shí)力臂較小，在仰角 油缸工作條件好，壓力參 為58176。時(shí)，力臂h=p，在吊 △ A1 B1C 數(shù)變化小，油缸參數(shù)選擇 臂仰角較大時(shí)，力臂h較 較易合理，結(jié)構(gòu)緊湊 大 變幅過(guò)程中力臂h變化平 油缸工作條件較好，結(jié)構(gòu) △ A2 B2C 緩， 在仰角為38176。時(shí)， 力臂 緊湊 h=p 起臂時(shí)力臂h較大，在變 油缸工作條件惡劣，油缸 △ A3 B3C 幅過(guò)程中h＜p，在吊臂仰 參數(shù)選擇不合理，結(jié)構(gòu)緊 角較大時(shí)，力臂h小 湊 ，油缸鉸點(diǎn)A布置在 A2 A1 段上，可以使油缸工作壓力變化平穩(wěn)而且 機(jī)構(gòu)緊湊，所以A點(diǎn)應(yīng)該布置在段 A2 A1 上，在 α =40176?！?0176。時(shí)，力臂h=p。 變幅機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)三角形 1 1 ?1 1 ? 吊臂與油缸的鉸點(diǎn)B一般位于 L到 L吊臂上，故 BC= ? L, L ? ，L =10 .4m，取BC 3 2 ?3 2 ? =5，確定變幅鉸點(diǎn)三角形幾何尺寸[5]。 40 33 變幅液壓缸的機(jī)械設(shè)計(jì) 變幅液壓缸受到的推力 FP ： FP = Ql cos α + GBlB cos α AC sin ? (44) 式中： α —變幅耳線與水平線的夾角； l —工作臂長(zhǎng)； GB —吊臂的重量； lB —吊臂重心到鉸點(diǎn)C的距離； ? —變幅液壓缸與AC的夾角； R—起重機(jī)工作幅度； a—鉸點(diǎn)C與回轉(zhuǎn)中心的距離。 鉸點(diǎn) C 與回轉(zhuǎn)中心的距離 a 的取值范圍為 ～3m[6]，此時(shí) α Q =67176。； 額定工作幅度下起重量Q=78400N； 吊臂質(zhì)量的取值范圍是起重機(jī)總質(zhì)量（10t）的15%～20%，由于采用的是組合式伸 縮臂，所以取吊臂的重量 GB = 10 103 15% = 14700N ； 40 工作繩拉力 S max =； 吊臂基本臂長(zhǎng) l =； 鉸點(diǎn)A到C的距離AC=947mm； AC與AB的夾角 ? =62176。； 變幅液壓缸最大長(zhǎng)度 ABmax =1800mm； 變幅液壓缸最小長(zhǎng)度 ABmin =2800mm。 將以上參數(shù)帶入公式（44）得到變幅液壓缸的受到的推力： 34 FQ = Ql cos α Q + GB lB cos α Q AC sin ? = 105 N 變幅液壓缸主要幾何參數(shù)的計(jì)算 變幅液壓缸（1）變幅液壓缸壓力 PN 的選取 系統(tǒng)的工作壓力為△P=20 MPa ，因?yàn)橄到y(tǒng)中有一定的背壓，所以選擇液壓缸的被壓 力為2 MPa ，故取液壓缸的工作壓力 PN =22 MPa 。 （2）變幅液壓缸內(nèi)徑 Db 的確定 由于汽車(chē)起重機(jī)的變幅液壓缸是以無(wú)桿腔作為工作腔的，所以有公式如下 Db = 4 FQ π PN = 4 105 = 155mm 22 106 =200mm。（單位mm） （摘自GB234880） 8 63 10 80 12 100 16 125 20 160 25 200 32 250 40 320 50 400 （3）變幅液壓缸活塞桿直徑 d 的計(jì)算 由于活塞桿受到壓力作用，且 PN =22 MPa ＞7 MPa ，故d== 160mm=112mm。 =140mm。（4）活塞桿理論推力 F1 和拉力 F2 的計(jì)算 40 35 。 當(dāng)活塞桿伸出時(shí)理論推力 F1 ： F1 = A1 PN = 105 N 當(dāng)活塞桿回縮時(shí)理論拉力 F2 F2 = A2 PN = 10 4 N 式中： A1 和 A2 分別為無(wú)桿腔和有桿腔的受力面積； PN 為液壓缸的工作壓力， PN =22 MPa 。 （5）變幅液壓缸活塞桿行程 S 的確定 由于液壓缸全伸時(shí)： ABmax =1800mm 變幅液壓缸全縮時(shí)： ABmin =2800mm 得到變幅液壓缸行程S： S= ABmax — ABmin =1000mm 查[3]=1000mm。 （6）液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 的確定 導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大，影響液壓的工作性能和穩(wěn) 定性，因此，設(shè)計(jì)必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足 [2]： H≥ S D + 20 2 (45) 式中：S 是變幅液壓缸的最大行程，S=1000mm； D 是變幅液壓缸的內(nèi)徑，D=200mm； 40 故有： H≥ S D 1000 200 + = + = 150mm 。 20 2 20 2 36 （7）液壓缸缸筒壁厚 σ b 的計(jì)算 查[3]表 工程機(jī)械用缸外徑系列取變幅液壓缸外徑為 245mm，液壓缸體材料 為 45 號(hào)無(wú)縫鋼管。因此，壁厚為 σ b=（245—200）/2=。 （8）液壓缸的缸底厚度 hb 計(jì)算 設(shè)計(jì)此缸為平行缸底，查[3]得 hb = AL py [δ ] (46) 式中：hb—缸底厚度，m； φ AL —液壓缸內(nèi)徑，m； [δ ] —缸底材料的許用應(yīng)力， MPa 。 δ s ≥355MPa，伸長(zhǎng)率 δ 5 ≥16％，斷面收縮率為ψ ≥40％，沖擊功為 39J。則 [δ ] =600 MPa 。變幅液壓缸的工作壓力 PN =22 MPa ，取 p y = PN = MPa h = AL py = 21mm 600 p y —試驗(yàn)壓力， MPa ； 缸底材料選用 45 鋼，查[7]表 65 得到 45 鋼的抗拉強(qiáng)度 δ b ≥600MPa，屈服強(qiáng)度 [δ ] = 綜合以上計(jì)算，查 [3] 表 可知液壓缸相關(guān)尺寸為：缸徑 φ AL =200mm ， D=245mm ， UE=270mm ， 耳環(huán)耳動(dòng)耳承CD=80mm ， Y=85mm ， PM=105mm ， MREW=9090，進(jìn)出油進(jìn)尺寸2EE為M422，耳環(huán)連耳耳耳為M853*95。 40 37 總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和掌握了汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)過(guò)程，對(duì)汽車(chē)起重機(jī)的發(fā)展應(yīng)用及前景有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)液壓元件的使用有了切身 的體會(huì)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我將大學(xué)期間學(xué)習(xí)的課程整體進(jìn)行了復(fù)習(xí)，對(duì)資料的查閱 有了很大的提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中讓我更加明白各個(gè)學(xué)科是相互聯(lián)系的，以后的工 作中要繼續(xù)學(xué)習(xí)提高自己綜合運(yùn)用的能力。 首先，尋找與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料并且研究設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃。理清設(shè)計(jì) 思路，但是在方案的具體實(shí)施中難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這就需要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用所 掌握的知識(shí)認(rèn)真的排查錯(cuò)誤的原因，查閱相關(guān)資料，進(jìn)行多方面的思考，不斷的改正自 己的設(shè)計(jì)不足之處。 其次，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)汽車(chē)起重機(jī)的液壓系統(tǒng)各個(gè)回路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，最終完 成總的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要查閱文獻(xiàn)確定各個(gè)設(shè)計(jì)公式及其參數(shù)，進(jìn)行計(jì) 算。在這個(gè)設(shè)計(jì)階段中完成設(shè)計(jì)思路的具體化，主要解決各個(gè)部分的匹配問(wèn)題。在設(shè)計(jì) 過(guò)程中要不斷的進(jìn)行參數(shù)的重新選定使之符合整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行要求。 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到液壓系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，使用方便。仍然處于不斷的發(fā) 展之中，在機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)中仍然占有著十分重要的位置。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中不 僅鞏固了我的基礎(chǔ)理論知識(shí)，而且使我各個(gè)方面的能力有了很大提高。從一開(kāi)始的無(wú)從 下手，到資料的查閱，到設(shè)計(jì)方案的擬定，到設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)施，到液壓系統(tǒng)圖的繪 制，無(wú)疑是對(duì)我查閱資料的能力、設(shè)計(jì)報(bào)告的能力、電腦繪圖等能力的一次很好的鍛煉， 對(duì)理論知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用也有了很大的提高。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。 畢業(yè)設(shè)計(jì)既讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我知道了在實(shí)踐中遇到問(wèn)題應(yīng)該怎 樣去解決，是對(duì)自己自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決問(wèn)題，實(shí)踐能力 的很好鍛煉。 40 38 致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們知識(shí)運(yùn)用能力的一次全面考核，也是對(duì)我們進(jìn)行科學(xué)研究的基本 功的訓(xùn)練，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，為以后撰寫(xiě)專(zhuān)業(yè) 學(xué)術(shù)論文和工作打下了良好的基礎(chǔ)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成， 首先要感謝我的母校， 是她提供了我學(xué)習(xí)知識(shí)的殿堂； 其次要感謝機(jī)械與材料學(xué)院的老師們，他們不僅讓我學(xué)會(huì)了專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)而且教會(huì)我 很多做人做事的道理，尤其是要感謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我很大幫助的 XXX 老師， 是他的教導(dǎo)使我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)從最初的一無(wú)所知到順利完成；還要感謝我的同學(xué)們，他們 的幫助我解決了很多的問(wèn)題；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者和給予我支持的社會(huì)各界 人士，感謝你們?yōu)槲姨峁┝艘粋€(gè)良好環(huán)境，使本次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。 40 39 參考文獻(xiàn) [1]蔡文彥．液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M]. 上海:上海交通大學(xué)出版社,1996. 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