【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以上計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)， (次) 5Q=?參見(jiàn)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》起重機(jī)利用等級(jí)表，如表 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。5U表 起重機(jī)利用等級(jí)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0 410?5U5 10?經(jīng)常中等的使用1U 4 61 5不經(jīng)常繁忙使用2 410?不經(jīng)常使用 72 50?3 5 8U4 1繁忙的使用4 經(jīng)常清閑的使用94 5 表 幾種不同類(lèi)型的起重機(jī)的使用等級(jí)起重機(jī)類(lèi)型 使用壽命（年）汽車(chē)起重機(jī)（通用汽車(chē)底盤(pán)） 1011 / 43小于 16 1116～40 12＞40～100 13輪胎起重機(jī)和汽車(chē)起重機(jī)（專(zhuān)用底盤(pán)）大于 100 15小于 10 10塔式起重機(jī)起重量（t）等于和大于1011A2 、34525橋式和門(mén)式起重機(jī)工作級(jí)別、6720履帶起重機(jī) 10門(mén)座和鐵路起重機(jī) 25(2) 起重機(jī)的載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)是起重機(jī)分級(jí)的另一個(gè)基本參數(shù)，它表明起重機(jī)的主要機(jī)構(gòu)—起升機(jī)構(gòu)受載的輕重程度。載荷狀態(tài)與兩個(gè)因素有關(guān)：一個(gè)是實(shí)際起升載荷 ，與額定起升載荷1Q之比，令一個(gè)是實(shí)際起升載荷 的作用次數(shù) N1，與工作循環(huán)次數(shù) N 之比。maxQ1Q此次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況及汽車(chē)式起重機(jī)實(shí)際的使用情況， ，可根據(jù)表 選擇=，即很少吊起額定載荷，一般起吊輕載荷。K表 起重機(jī)的載荷狀態(tài)及其名義載荷譜系數(shù) QK載荷狀態(tài) 名義載荷譜系數(shù) 說(shuō)明— 很少起升額定載荷，一般起升輕微載荷— 有時(shí)起升額定載荷，一般起升中等載荷— 經(jīng)常起升額定載荷，一般起升重載荷— 頻繁的起升額定載荷(3) 起重機(jī)工作級(jí)別的確定劃分起重機(jī)的工作級(jí)別，是為了對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了合理的基礎(chǔ)，它能使起重機(jī)勝任它需要完成的工作任務(wù)，起重機(jī)的工作級(jí)別是根據(jù)起重機(jī)的利用等級(jí)12 / 43和起重機(jī)的載荷狀態(tài)而確定，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，起重機(jī)工作級(jí)別的劃分，如表 所示，可以確定，此汽車(chē)式起重機(jī)的工作級(jí)別為 A4。表 起重機(jī)工作級(jí)別的劃分利用等級(jí)載荷狀態(tài) 名義載荷譜系數(shù) QK0U1234U5678U9— AAA— 12345678—— 2A345A678A3 伸縮臂傳動(dòng)方案和臂架截面的確定 伸縮臂傳動(dòng)方案的確定主臂的伸縮機(jī)構(gòu)很多，可以從兩種角度進(jìn)行分類(lèi)，即按驅(qū)動(dòng)形式的不同，以及各節(jié)臂間的伸縮次序關(guān)系不同進(jìn)行分類(lèi)。按驅(qū)動(dòng)形式的不同，可分為液壓、液壓—機(jī)械和人力三種。采用液壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，執(zhí)行元件選用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)，推動(dòng)下節(jié)臂的伸縮，在設(shè)計(jì)三節(jié)臂伸縮機(jī)構(gòu)時(shí)，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間的伸縮比例，采用鋼絲繩和滑輪組實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，以實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，這就形成了液壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)。在某些情況下可以取消伸縮機(jī)構(gòu)，代之采用人力驅(qū)動(dòng)，或采用推桿和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷(xiāo)等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅(qū)動(dòng)。這幾種方法往往在小于等于三節(jié)臂的情況下使用。對(duì)于擁有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂來(lái)講，各節(jié)臂的伸縮方式可以由不同的選擇，但是，由前面提到的大致可以分為三類(lèi)。（1）順序伸縮：指吊臂在伸縮過(guò)程中，各節(jié)伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動(dòng)作。（2）同步伸縮：指吊臂在伸縮過(guò)程中，各節(jié)伸縮臂同時(shí)以相同的形成比例進(jìn)行伸縮。13 / 43（3）獨(dú)立伸縮：指吊臂在伸縮過(guò)程中，各節(jié)臂均能獨(dú)立進(jìn)行伸縮。顯然，獨(dú)立伸縮構(gòu)，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動(dòng)作。在現(xiàn)實(shí)中，三節(jié)伸縮臂或三節(jié)以上的伸縮機(jī)構(gòu)，往往式上述幾種伸縮機(jī)構(gòu)的中和，而很少單獨(dú)采用某一種伸縮機(jī)構(gòu)。在三節(jié)伸縮臂時(shí)，基本上采用一個(gè)液壓缸加一個(gè)滑輪組的同步伸縮機(jī)構(gòu)。超過(guò)三節(jié)臂時(shí)，常用兩個(gè)液壓缸加一個(gè)滑輪組的伸縮機(jī)構(gòu)，或采用三個(gè)液壓缸的伸縮機(jī)構(gòu)，五節(jié)臂時(shí)為兩個(gè)液壓缸加兩個(gè)滑輪組，或最后一節(jié)的伸縮可用手動(dòng)的或簡(jiǎn)單的插銷(xiāo)式伸縮機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的四節(jié)臂伸縮，采用后種方法過(guò)于落后，顧采用第一種方法。即，用一個(gè)液壓缸加兩個(gè)滑輪組的伸縮方式。傳動(dòng)方案如圖 圖 伸縮臂傳動(dòng)方案圖傳動(dòng)過(guò)程：液壓缸 2 向外伸出帶動(dòng)第 2 節(jié)臂伸出，同時(shí)由于鋼絲繩的長(zhǎng)度是不變的，而液壓缸 2 向外伸出時(shí)鋼絲繩 1 變長(zhǎng)，從而鋼絲繩 6 變短，使得第三節(jié)臂通過(guò)固定在液壓缸 2 上的滑輪 3 向外伸出，當(dāng)?shù)谌?jié)臂向外伸出的時(shí)候由于鋼絲繩的長(zhǎng)度是不變的，鋼絲繩 8 變長(zhǎng)，從而鋼絲繩 9 變短，使得第四節(jié)臂通過(guò)固定在三節(jié)臂上的滑輪向外伸出，最終按順序的伸長(zhǎng)，反之縮回過(guò)程同理。基 本 臂 二 節(jié) 臂 三 節(jié) 臂 四 節(jié) 臂液 壓 缸14 / 43 伸縮臂架截面的確定 伸縮臂架的截面形式分類(lèi)伸縮臂是受彎為主的雙向壓彎構(gòu)件，除受有整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的約束限制外，主要受局部穩(wěn)定性約束。因此采用何種截面形式使吊臂的自重較小、材料的利用充分，是伸縮式吊臂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。以下是目前伸縮式吊臂常見(jiàn)的截面形式(如圖 所示): .歸納起來(lái)，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。其中，矩形截面是由翼緣板和腹板焊接而成的，它是目前輪式起重機(jī)伸縮臂中用得最多的截面形式。與其他截面形式相比，矩形截面的制造工藝簡(jiǎn)單，具有較好的抗彎能力和抗扭剛度，因此，中、小噸位輪式起重機(jī)的伸縮臂通常都采用這一形式，但是這種截面沒(méi)有充分發(fā)揮材料的承載能力，為了使伸縮臂各節(jié)之間能很好地傳遞扭矩和橫向力，需設(shè)附加支承。梯形截面的上翼緣板窄，下翼緣板寬，截面中性層靠下能發(fā)揮上翼緣板的機(jī)械性能，提高腹板的穩(wěn)定性，前部滑塊可接近腹板布置，后部滑塊傳遞給上翼緣板的集中力，因上翼緣板窄，產(chǎn)生的彎曲力矩減小。梯形截面的扭轉(zhuǎn)剛度和橫向剛度均較矩形截面大，但是，這種截面的下翼緣板寬，對(duì)局部穩(wěn)定不利，材料性能得不到充分發(fā)揮，且需設(shè)側(cè)15 / 43向支承裝置，這是梯形截面的缺點(diǎn)。倒置梯形的下翼緣板窄，上翼緣板寬，對(duì)提高下翼緣板的局部穩(wěn)定性很有好處，材料能得到充分利用，且和梯形截面一樣，具有較大的橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，倒置梯形伸縮臂對(duì)安裝變幅油缸較為有利，但是這種截面對(duì)上翼緣板的局部彎曲和腹板的穩(wěn)定性不是很有利，亦需設(shè)側(cè)向支承。梯形和倒置梯形截面的伸縮臂通常用于大噸位的輪式起重機(jī)。八邊形和大圓角矩形截面的下翼緣板和腹板的實(shí)際計(jì)算寬度較小，有利于提高抗失穩(wěn)的能力。前后滑塊均支承在四角處，伸縮臂各板不產(chǎn)生局部彎曲，且能較好地傳遞扭矩與橫向力，因此這兩種截面形式的伸縮臂能較好的發(fā)揮材料機(jī)械性能，減輕結(jié)構(gòu)自重。對(duì)大噸位輪式起重機(jī)采用這種截面形式是合適的。制造這兩種截面形式的吊臂，需要大型軋床，但是隨著工業(yè)的發(fā)展，這兩種形式的吊臂應(yīng)用會(huì)逐漸增多。LIEB 班 RR 的 LTM1300 起重臂的截面采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量?jī)?yōu)化，抗扭性能顯著，具有固有的獨(dú)特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。DEMAG 也使用橢圓形吊臂截面形式。GROVE 和 TADANO 采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計(jì)橫向和縱向加筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO 采用四邊形截面，也采用加勁筋解決腹板的抗屈曲能力。大圓弧六邊形截面在國(guó)內(nèi)己廣泛使用，泰起在其新品 QY50A 上也首次使用，其它廠(chǎng)家目前還在使用四邊形截面。目前，橢圓形起重臂的技術(shù)代表最高水平，其優(yōu)勢(shì)很明顯，由于不需采用加筋，因而每節(jié)臂截面的變化很小，有利于減輕起重臂的重量，提高起重機(jī)的起重能力。但是截面的成型難度大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。 。 吊臂截面的確定對(duì)吊臂截面的設(shè)計(jì)是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，因此參閱了國(guó)內(nèi)外大量的資料，伸縮吊臂是輪式起重機(jī)中至關(guān)重要的部件，其重量一般占整機(jī)的 13%~20%，而大型起重機(jī)這個(gè)比例則更大，這就導(dǎo)致起重機(jī)在大幅度下的起重量和大起重量下的起升高度急劇降低。因此，在滿(mǎn)足各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能降低吊臂自重，尤其對(duì)大噸位起重機(jī)具有十分重要的意義。減輕吊臂重量，增大吊臂剛度是改善起重性能的重要途徑。因此我從這個(gè)角度來(lái)確定吊臂截面，下面是我確定截面為 U 型截面的過(guò)程。首先是選擇吊臂的材料，是最直接的減輕吊臂重量的途徑，全地面起重機(jī)伸縮臂的材料一般是 16Mn，最好采用高強(qiáng)度的低合金鋼。但在材料確定的條件下，只能改進(jìn)吊臂的形狀，也就是吊臂截面的形狀，來(lái)改進(jìn)吊臂的性能。吊臂的截面形狀是決定吊臂重量的主要因素，近幾年來(lái)，隨著吊臂材料強(qiáng)度級(jí)別的提高，如何充分利用材料的性能，16 / 43結(jié)構(gòu)專(zhuān)家提出了如何解決強(qiáng)度安全儲(chǔ)備與薄板局部失穩(wěn)安全儲(chǔ)備均衡的問(wèn)題，從而推動(dòng)吊臂截面從四邊形向六邊形、多邊形、橢圓形、U 形發(fā)展。根據(jù)吊臂材料的發(fā)展趨勢(shì)，在最近幾年內(nèi)，材料強(qiáng)度級(jí)別的提高將受到限制，更高強(qiáng)度級(jí)別的材料將很難面世，U形吊臂技術(shù)將是最近幾年內(nèi)的最高水平。然而，吊臂是一個(gè)可以伸縮的階梯梁，目前，除基本臂可以加強(qiáng)外，許多生產(chǎn)廠(chǎng)家將伸縮臂設(shè)計(jì)成等截面梁，根據(jù)吊臂的受力特點(diǎn)，變截面伸縮臂將使吊臂更輕，性能更強(qiáng)。為了提高起重作業(yè)性能，減輕自重，起重臂截面形狀采用“U”形截面。該種截面是經(jīng)過(guò)優(yōu)化計(jì)算得出的最優(yōu)的截面形式，從而能最大限度地發(fā)揮材料的力學(xué)性能。作為吊臂來(lái)說(shuō)，總希望在不發(fā)生局部失穩(wěn)的前提下，壁厚設(shè)計(jì)得薄一點(diǎn)，截面設(shè)計(jì)大一些。但由于受整機(jī)尺寸的限制，吊臂外形尺寸不能增大，因而只能在截面總高和總寬保持不變的條件下進(jìn)行截面的優(yōu)化，伸縮臂的箱形截面采用 U 型。其高寬比在 ~范圍之內(nèi)。側(cè)板一般選用薄鋼板，厚度在 ~8mm 范圍內(nèi)，側(cè)板薄一些對(duì)于減輕吊臂重量極為有效，但必須認(rèn)真考慮其局部失穩(wěn)的問(wèn)題，有的在鋼板上隔一定距離軋一條橫向筋，以增加其強(qiáng)度。有的為了減輕重量也可在側(cè)板上開(kāi)大孔，并卷邊加強(qiáng)。下底板一般做得比上蓋板厚些，一方面滿(mǎn)足下底板局部穩(wěn)定性的需要，為了減輕自重，吊臂應(yīng)盡量做成等強(qiáng)度梁。具體到每節(jié)臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，我們考慮兩個(gè)非常重要的工況:基本臂工況和全伸臂工況。由基本臂工況通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定基本臂截面尺寸和壁厚，并由各節(jié)臂之間的間隙確定其余各節(jié)臂的截面尺寸，然后再由全伸臂工況確定其它節(jié)臂的壁厚。U 型的截面最危險(xiǎn)處為四角焊縫處，該處應(yīng)力最大，也是最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方。U 型截面有大的抗彎模量和較高的抵抗局部失穩(wěn)的能力。確定 U 型為較合理的形狀。U型截面的橫向抗彎剛度和抗扭剛度比其他形式好。U 型側(cè)板的上半部拉應(yīng)力較大，提高了側(cè)板的穩(wěn)定系數(shù)。下底板做成圓形，是為了提高下底板的抗局部失穩(wěn)的能力，和減少側(cè)板的計(jì)算寬度。這樣以來(lái)可以采用更薄鋼板，而充分利用鋼板的厚度，特別在采用高強(qiáng)度鋼材時(shí)。因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼材的抗局部失穩(wěn)的能力并不比普通鋼板高。吊臂不同部位可以采用不同強(qiáng)度的鋼材，以充分發(fā)揮鋼材作用，如上蓋板才高強(qiáng)度，下蓋板采用普通鋼。根據(jù)以上闡述的理論，在以下的設(shè)計(jì)中，將采用焊接方式為主（各種焊接方式應(yīng)用到合適的位置） ，螺紋連接以及鉸接為輔方式進(jìn)行臂架的連接。QAY50 全地面起重機(jī)的舉升臂主體材料為合金結(jié)構(gòu)鋼適當(dāng)?shù)倪x取 16Mn 進(jìn)行加固。上下底板和腹板承受不同的載荷有的彎矩大，有的正應(yīng)力大，故采用不同的材料。在選取材料時(shí)應(yīng)遵循性?xún)r(jià)比最高選擇，以?xún)?yōu)化減輕臂架重量為最終目的。以達(dá)到對(duì)臂架乃至起重機(jī)性能的優(yōu)化的目的。17 / 43圖 臂架截面尺寸圖根據(jù)公式 = + ， 四節(jié)的尺寸依次為：1l2l2l455660、420600、3855350480 （ mm）見(jiàn)圖 4 伸縮臂設(shè)計(jì)計(jì)算 起重機(jī)伸縮臂尺寸的確定此次設(shè)計(jì)的 50 噸汽車(chē)式起重機(jī)的起升高度為 38 米，臂架材料選用 HG6O。參見(jiàn)表，選擇吊臂的節(jié)數(shù)為 4。主臂尺寸的的確定包含以下的的內(nèi)容：一、 吊臂根部鉸點(diǎn)位置的確定，二、吊臂各節(jié)尺寸的確定，三、變幅液壓缸鉸點(diǎn)的確定，四、臂架的受力計(jì)算和分析，五、伸縮臂結(jié)構(gòu)的校核。表 起重機(jī)吊臂節(jié)數(shù)最大起升高度H(m)10～15 16～19 20～29 30～40吊臂節(jié)數(shù) K 3 2～3 3～4 4～5 吊臂跟部鉸點(diǎn)位置的確定設(shè) e 為吊臂根部鉸點(diǎn) O 至回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的水平距離，h 為鉸點(diǎn) O 到回轉(zhuǎn)支承裝置上表面的垂直距離，則鉸點(diǎn) O 的坐標(biāo)為（e，h）見(jiàn)圖 。設(shè) 是鉸點(diǎn) O 至基本臂截面中0e心線(xiàn)距離，設(shè)下標(biāo) i 表示不同位置的 值的序號(hào)（i=1，2，…，n）當(dāng)?shù)?i 個(gè) 值為0e 0e時(shí)，鉸點(diǎn) O 的位置為 。 帶有符號(hào)，在吊臂中心線(xiàn)以下為負(fù)，反之為正。i0e），（ ii18 / 43則： 2i02i1i heh???? Rsinecosl 21i02i ????）（ 圖 三鉸點(diǎn)有關(guān)尺寸圖吊臂根部鉸點(diǎn)的位置與吊臂長(zhǎng)度，起升高度和幅度有關(guān)。設(shè)吊臂的工作長(zhǎng)度為 lw。即： （）??01()()sin(). m????????從而得出 =。0l式中：H—基本臂的起升高度，H=。b—吊頭距滑輪組的最短距離，b=。、 —根部鉸點(diǎn)和頭部滑輪軸心離吊臂基本截面軸心的距離，并帶有正負(fù)號(hào)，0e1在中心線(xiàn)以下者為正，以上為負(fù)。由于 此項(xiàng)數(shù)值較小，所以在計(jì)算01()cose??時(shí)可以不計(jì)。h—根部鉸點(diǎn)離地距離，參見(jiàn) QAY50 的 h 值，取 h=?！醣垩鼋牵渲敌∮谧畲笱鼋?=80176。即 =。即 =56176。?max?39。 39。吊臂根部離鉸點(diǎn)的距離 e（）39。 39。0min01cos()()elRm??????得出吊臂根部離鉸點(diǎn)的距離 e=。所以取距離 e=。吊臂根部鉸點(diǎn)離回轉(zhuǎn)平面的高度