【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向m橫 向m起升高度基 本 臂m最 長(zhǎng) 主 臂m最 長(zhǎng) 主 臂+副 臂m起重臂長(zhǎng)度基 本 臂m最 長(zhǎng) 主 臂m33最 長(zhǎng) 主 臂+副 臂m工作速度參數(shù)起重臂變幅時(shí)間起 臂s75落 臂s45起重臂伸縮時(shí)間全 伸s100全 縮s60最 大 回 轉(zhuǎn) 速 度r/min起 升速 度主起升機(jī)構(gòu)滿載m/min75空載m/min120副起升機(jī)構(gòu)滿載m/min75空載m/min120 QY25K汽車起重機(jī)的工作等級(jí)起重機(jī)在有效工作期間有一定總工作循環(huán)數(shù)，起重機(jī)作業(yè)的工作循環(huán)是從準(zhǔn)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(jī)的利用程度，是起重機(jī)分級(jí)的基本參數(shù)之一。確定適當(dāng)?shù)氖褂脡勖鼤r(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)，技術(shù)和環(huán)境等因素，同時(shí)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(yàn)確定，還可根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：（次）（21）式中 : Y—起重機(jī)的使用壽命以年計(jì)算，與起重機(jī)的類型、用途、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)。 由于本設(shè)計(jì)為25噸，參見《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[11]不同類型起重機(jī)使用壽命表，如表23所示，可知Y=13年。 B—起重機(jī)一年中的工作天數(shù)，取B=300天。 H—起重機(jī)每天工作小時(shí)數(shù)，取H=8小時(shí)。 T—起重機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間，設(shè)定為T=300秒。根據(jù)以上計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)，(次)參見《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]起重機(jī)利用等級(jí)表，如表23所示，可以選擇起重機(jī)的利用等級(jí)為，起重機(jī)的 使用情況為，經(jīng)常中等的使用。表23 起重機(jī)利用等級(jí) Crane by grade 利用等級(jí)總的工作循環(huán)次數(shù)/N起重機(jī)使用情況利用等級(jí)總的工作循環(huán)次數(shù)/N起重機(jī)使用情況5經(jīng)常中等的使用1不經(jīng)常繁忙使用不經(jīng)常使用24繁忙的使用經(jīng)常清閑的使用4 典型工況分析及對(duì)系統(tǒng)要求 汽車起重機(jī)工作中主要用到的機(jī)構(gòu)是主、副卷揚(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。很多大型汽車起重機(jī)主臂前都有一個(gè)突出滑輪，在副卷揚(yáng)工作時(shí)，順著滑輪升降副吊鉤，用于幅臂單獨(dú)起吊較小起重量，很少使用。而用副臂幅卷揚(yáng)與主卷揚(yáng)進(jìn)行共同吊重的情況更為少見。本機(jī)屬于中型起重機(jī)，一般不提倡采用副臂工作，不過它可以增加最大起升高度，用于特殊場(chǎng)合。 三個(gè)以上機(jī)構(gòu)的組合作業(yè)情況有些大型汽車起重機(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)功能沒有大型的多，操作也沒大型的那么復(fù)雜，采用電液比例伺服系統(tǒng)來控制，操作靈活穩(wěn)定，因此，對(duì)操作人員要求不是很高。 典型工況的確定根據(jù)各機(jī)構(gòu)的實(shí)際作業(yè)情況，起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范，以及很多操作者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可確定表24的五種工況，作為大中型汽車起重機(jī)的典型工況。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)要求各系統(tǒng)的動(dòng)作能夠滿足這些工況要求。表24 汽車起重機(jī)典型工況表 Typical working condition table truck crane序號(hào)工 況一次循環(huán)內(nèi)容特 點(diǎn) 1基本臂；額定起重量的80％；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－下降（中間制動(dòng)一次）起重噸位大，動(dòng)作單一，很少與回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組合動(dòng)作 2基本臂；額定起重量的80％；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降 （中間制動(dòng)一次）主卷揚(yáng)組合動(dòng)作主要用于平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn) 3中長(zhǎng)臂；中長(zhǎng)臂最大額定起重量的1/2；相應(yīng)的工作幅度。（主卷揚(yáng)起升＋回轉(zhuǎn)）－變幅－下降－（起升＋回轉(zhuǎn)）－下降（中間制動(dòng)一次）起重機(jī)在額定起重量的（50～60）％的作業(yè)工況最多 4中長(zhǎng)臂；中長(zhǎng)臂最大額定起重量的1/2；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降（中間制動(dòng)一次）中長(zhǎng)臂中等起重量工況出現(xiàn)機(jī)率大，此時(shí)平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)作業(yè)也常用 5最長(zhǎng)臂；最長(zhǎng)臂最大額定起重量的1/2；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降(中間制動(dòng)一次）利用它臂長(zhǎng)特點(diǎn)起吊小起重量高空作業(yè) 系統(tǒng)要求根據(jù)汽車起重機(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、副卷揚(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) 副卷揚(yáng)只要求單泵供油。(3) 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)，即二次下滑問題，以及二次下降時(shí)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(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45176。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。 QY25K汽車起重機(jī)主機(jī)的工況分析主機(jī)的用途、工藝過程、總體布局以及對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的位置和空間尺寸的要求；主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動(dòng)化程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、換向定位精度以及對(duì)系統(tǒng)的效率、溫升等的要求；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動(dòng)沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行工況分析，工況分析包括運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動(dòng)作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以下對(duì)工況分析的內(nèi)容作具體介紹。 運(yùn)動(dòng)分析主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝要求的運(yùn)動(dòng)情況，可以用位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。1)位移循環(huán)圖s—t圖25為液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo)s表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動(dòng)到返回原位的時(shí)間，曲線斜率表示活塞移動(dòng)速度。該圖清楚的表明了汽車起重機(jī)的主液壓缸的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個(gè)階段組成。圖25 位移循環(huán)圖Figure 25 displacement cycle diagram2)速度循環(huán)圖v—t(或v—s) 工程中液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可歸納為三種類型。圖26為三種類型液壓缸的v—t圖，第一種如圖26中實(shí)線所示，液壓缸開始作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻速運(yùn)動(dòng)， 圖26 速度循環(huán)圖Figure 26 speed loop diagrams最后勻減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運(yùn)動(dòng)，在另一半作勻減速運(yùn)動(dòng)，且加速度與減速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻減速至行程終點(diǎn)。v—t圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類型液壓缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動(dòng)力特性。 動(dòng)力分析動(dòng)力分析，是研究機(jī)器在工作過程中，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況，對(duì)液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。1)液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖圖27 負(fù)載循環(huán)圖Figure 27 load cycle diagram2)液壓缸的負(fù)載力計(jì)算工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成 (22) 式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；Fg為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。3)液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力計(jì)算，一般包括啟動(dòng)加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動(dòng)等幾個(gè)階段，每個(gè)階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。 (1)啟動(dòng)加速階段：這時(shí)液壓缸或活塞處于由靜止到啟動(dòng)并加速到一定速度，其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機(jī)械效率計(jì)算)、重力和慣性力等項(xiàng)，即： (23)(2)快速階段： (24)(3)工進(jìn)階段： 　 (25)(4)減速： (26)對(duì)簡(jiǎn)單液壓系統(tǒng)，上述計(jì)算過程可簡(jiǎn)化。例如采用單定量泵供油，只需計(jì)算工進(jìn)階段的總負(fù)載力，若簡(jiǎn)單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計(jì)算快速階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。 液壓馬達(dá)的負(fù)載工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為： 　 (27)1)工作負(fù)載力矩Me。 工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時(shí)間變化，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作條件進(jìn)行具體分析。2)摩擦力矩Mf。 為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計(jì)算公式為： (28)式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f為摩擦因數(shù)，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦因數(shù)，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。3)慣性力矩Mi。 為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩，其計(jì)算公式為： (29) 式中：ε為角加速度(r/s2)；Δω為角速度的變化(r/s)；Δt為加速或減速時(shí)間(s)；J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()。為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)()。3 QY25K汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) QY25K汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)額定壓力的確定系統(tǒng)工作壓力應(yīng)按整機(jī)性能要求，考慮經(jīng)濟(jì)性和液壓技術(shù)現(xiàn)有水平確定。在給定外負(fù)載下。系統(tǒng)的工作壓力越高，各液壓元件及管路系統(tǒng)的尺寸就越小。但由此導(dǎo)致對(duì)密封、制造加工精度和元件材質(zhì)的要越嚴(yán)，維護(hù)和修理也越困難。況且系統(tǒng)工作壓力高到一定程度后，隨著高壓力對(duì)壁厚和密封要求的提高，系統(tǒng)的尺寸和重量反而會(huì)增加。由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知現(xiàn)有輪式起重機(jī)采用的工作壓力為: 1)中壓:10MPa~25MPa，用于中小型輪式起重機(jī)；2)高壓:25MPa~32MPa,用于大中型輪式起重機(jī)；3)超高壓:32MPa以上，用于特大型或有特殊要求的輪式起重機(jī)。QY25K汽車起重機(jī)屬于中小型汽車起重機(jī)。結(jié)合實(shí)際情況，本文在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，初選系統(tǒng)壓力為20MPa。 QY25K汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路設(shè)計(jì) 起升機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械的主要機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)重物的升降運(yùn)動(dòng)。起升機(jī)構(gòu)通常由原動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器、離合器、鋼絲繩滑輪組和吊鉤等組成。圖31 起升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure 31 lifting mechanism diagram起升液壓油路回路起到使重物升降的作用。起升液壓油路回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器、液壓制動(dòng)器和液壓馬達(dá)組成。起升液壓回路設(shè)計(jì)原理圖如圖32所示。圖32 起升機(jī)構(gòu)液壓回路圖Figure 32 lifting mechanism hydraulic circuit diagram起升回路是起重機(jī)液壓系統(tǒng)的主要回路，對(duì)于大、中型汽車起重機(jī)一般都設(shè)置主、副卷揚(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)用主卷揚(yáng)吊的方式，對(duì)于起吊小噸位且要求速度不太高時(shí)用副卷揚(yáng)吊單獨(dú)吊重的方式；對(duì)于吊大噸位且要求速度比較高時(shí)用主卷揚(yáng)泵合流吊重的方式；對(duì)于吊比較長(zhǎng)的物體時(shí)用共同吊重的方式。 變幅、伸縮機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)1)變幅機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)變幅回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥和變幅液壓缸組成。最常見的液壓變幅機(jī)構(gòu)是用雙作用液壓缸作液動(dòng)機(jī)，也有采用液壓馬達(dá)和柱塞缸。因此本設(shè)計(jì)采用雙作用液缸作液動(dòng)機(jī)。液壓油路設(shè)計(jì)原理圖如圖33所示。變幅機(jī)構(gòu)在工作裝置作業(yè)時(shí)，其液壓缸處于閉鎖狀態(tài)，受負(fù)載較大，要求不能無控制自動(dòng)回縮。變幅缸的內(nèi)漏和外漏會(huì)使工作幅度變大而造成重大事故。另外，變幅機(jī)構(gòu)落臂時(shí)，因載荷的重力作用，會(huì)產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象，需要限速措施。因此，在此機(jī)構(gòu)中必須設(shè)置限速裝置。國(guó)內(nèi)外太都采用使用平衡閥(限速閥)的限速回路。平衡閥不僅能防止超速下行，也能保證整個(gè)下降過程為勻速過程。圖33 變幅機(jī)構(gòu)回路Figure 33 luffing mechanism circuit2)伸縮機(jī)構(gòu)回路的設(shè)計(jì)吊臂伸縮機(jī)構(gòu)是一種多級(jí)式伸縮起重臂伸出與縮回的機(jī)構(gòu)。采用液壓