【文章內(nèi)容簡介】 行單獨(dú)調(diào)節(jié)。 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的運(yùn)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨 勢 隨著國家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 世界能源的不斷短缺，現(xiàn)代施工項目對汽車起重機(jī)的要求也越來越高，高、深、尖 、高效節(jié)能的 液壓技術(shù)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用也越來越廣泛，汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)展示了強(qiáng)大的發(fā)展趨勢。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、控制五個主回路組成， 本文通過對五個主回路現(xiàn)狀的分析來探討其發(fā)展趨勢。 本課題來源、任務(wù)要求和整機(jī)性能參數(shù) 1. 課題來源 QY40 全液壓汽車起重機(jī)屬于中型起重機(jī)，是工程建設(shè)中較常用的一款汽車起重機(jī)。 現(xiàn)在 國內(nèi)很多廠家還沒有生產(chǎn)出這款起 重機(jī)來，卻不斷的向生產(chǎn)大型起重機(jī)邁進(jìn)。隨著“神州第一吊”的 QY300 液壓汽車起重機(jī) 2020 年在中聯(lián)浦沅成功下線，這是引進(jìn)國外技術(shù)才生產(chǎn)出來的，代表了中國汽車起重機(jī)制造的最高水平，而不是設(shè)計的最高水平。 生產(chǎn)廠家把生產(chǎn)的起重機(jī)所能夠吊的噸位作為生產(chǎn)能力的主要標(biāo)志，而忽視中小型起重機(jī)的技術(shù)發(fā)展，從某種方面來說是不完美的。 本機(jī)液壓系統(tǒng)采用的液壓元件主要是由德國曼勒斯曼公司生產(chǎn)的，其中大多數(shù)是電液比例液壓元件。這種元件具有操作方便，微調(diào)性能好，可以對油路實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制等特點(diǎn)，是目前世界上比較先進(jìn)的技術(shù)。采用這 種技術(shù)設(shè)計出來的液壓系統(tǒng)操作性能和各機(jī)構(gòu)的控制性能都比較高，不僅各機(jī)構(gòu)的定位準(zhǔn)確，安全可靠，穩(wěn)定，而且操作靈活方便。 為了使設(shè)計出來的起重機(jī)具有高的性能，設(shè)計時不竟要采用一些國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，也要有自己的創(chuàng)新技術(shù)。這樣，才能使自己設(shè)計出來的產(chǎn)品具有一定的先進(jìn)性，很高的性價比，才能在市場中具有很強(qiáng)的競爭能力。 因此，設(shè)計這樣一款汽車起重機(jī)不僅很有必要而且是可行的。 2. 任務(wù)要求 （ 1）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)。 （ 2）各工作機(jī)構(gòu)既能單獨(dú)單獨(dú)作業(yè)又能復(fù)合作業(yè)，其中主卷揚(yáng)單獨(dú)作業(yè)時能實(shí)現(xiàn)合流 。 （ 3）發(fā)動機(jī)功率 80KW(3000r/min),最大扭矩 300Nm(1650r/min),液壓系統(tǒng)壓力250Mpa. （ 4）液壓系統(tǒng)采用多泵多回路變量液壓系統(tǒng)，主、副卷揚(yáng)和回轉(zhuǎn)采用閉式回路，變幅、伸縮和支腿采用開式回路。操作方式為先導(dǎo)伺服操作。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 （ 5）所設(shè)計的汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)構(gòu)成合理，技術(shù)性能先進(jìn)，在滿足可靠性前提下具有一定的創(chuàng)新性。技術(shù)資料完整、正確。 （ 6）撰寫的汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究報告具有一定的理論性、使用性和獨(dú)創(chuàng)性。 3. 整機(jī)主要性能參數(shù) 最大起重量 *幅 度 40t*3m 最大起升高度 46 m 滑輪組倍率 11 主臂長 （ 4 節(jié)） 主臂全程伸縮時間 162Sec 主臂變幅范圍 280degree 主臂變幅時間 60Sec 主卷揚(yáng)單繩速度 0110 m/min 副卷揚(yáng)單繩速度 40 m/min M 最大起升力矩 1401 最大回轉(zhuǎn)速度 r/min 最高行駛速度 68 km/h 最大爬坡度 37% 最小轉(zhuǎn)彎半徑 12m 行駛狀態(tài)總重 外形尺寸 m 支腿距離 (縱向 橫向 ) m 上車空冷發(fā)動機(jī) 斯太爾 最 大功率 191KW（ 2600rpm） 最大扭矩 828Nm(1600rpm) 小結(jié) 本課題主要針對汽車起重機(jī)的功能、組成和工作特點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)外汽車起重機(jī)的運(yùn)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)的中型汽車起重機(jī)哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （ QY40）液壓系統(tǒng)。在設(shè)計本機(jī)液壓系統(tǒng)時，在明確設(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，這兩點(diǎn)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)合本機(jī)特點(diǎn)，對液壓 元件進(jìn)行選擇。 對各工作機(jī)構(gòu)液壓回路進(jìn)行設(shè)計，對個回路的組成原理和性能進(jìn)行分析。 根據(jù)本機(jī)液壓系統(tǒng)工作參數(shù)和各機(jī)構(gòu)主要參數(shù)對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算，即對各種類型的主要元件進(jìn)行設(shè)計計算，并且對其進(jìn)行選擇。 液壓元件選好以后需要對各回路進(jìn)行性能計算，其中包括系統(tǒng)各回路功率計算， 各回路性能驗算以及對整個 系統(tǒng)的發(fā)熱進(jìn)行驗算。 由于本機(jī)多處采用了電液比例控制技術(shù)，所以還需要對起重機(jī)液壓系統(tǒng)電液比例控制技術(shù)進(jìn)行專題研究。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 2 章 液壓系統(tǒng)方案及原理的擬定 典型工況分析及對系統(tǒng)要求 伸縮 機(jī)構(gòu)的作業(yè)情況 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)；在重物下降定位時常常用到變幅機(jī)構(gòu)。帶載伸縮是比較危險的，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)主臂前都有一個突出滑輪，在副卷揚(yáng)工作時，順著滑輪吊下副鉤，用于主、副卷揚(yáng)的組合動作，而很少用副臂與主卷揚(yáng)進(jìn)行組合動作。本機(jī)屬于中型起重機(jī)，不提倡采用副臂，不過可以增加臂 的節(jié)數(shù)來增大最大起升高度。 三個以上機(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、四個動作同時組合功能，是靠手柄的 45176。聯(lián)動功能實(shí)現(xiàn)的，即一個手柄同時控制兩個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，這種操作方式對司機(jī)的操作水平要求很高，且有危險，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，對操作人員要求不是很高。 典型工況的確定 根據(jù)以上原則，各機(jī)構(gòu)的實(shí)際作業(yè)情況，起重機(jī)試驗規(guī)范，以及很多操作者的實(shí)際經(jīng)驗，可確定表 21 的五種工 況，作為大中型汽車起重機(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 21 汽車起重機(jī)典型工況表 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 序號 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； 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 基本臂； 額定起重量的 80％； 相應(yīng)的工作幅度； （主 +副）卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－（主＋副） 卷揚(yáng)下降－（主＋副）卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－（主＋副）卷揚(yáng)下降 （中間制動一次） 主、副卷揚(yáng)組 合動作主要用于平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn) 3 中長臂； 中長臂最大額定起重量的 1/2； 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） 起重機(jī)在額定起重量的（ 50～ 60）％的作業(yè)工況最多 4 中長臂； 中長臂最大額定起重量的 1/2； 相應(yīng)的工作幅度； （主 +副）卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－變幅－（主＋副）卷揚(yáng)下降－（主＋副）卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－（主＋副）卷揚(yáng)下降 （中間制動一次） 中長臂，中等起重量工況出現(xiàn) 機(jī)率大，此時的臺裝作業(yè)或空中翻轉(zhuǎn)作業(yè)也很常用 5 最長臂； 最 長臂最大額定起重量的 1/2； 相應(yīng)的工作幅度； （主＋副）卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－變幅－（主 +副）卷揚(yáng)下降－（主＋副）卷揚(yáng) 下降 （中間制動一次） 很多工況并不是利用汽車起重機(jī)起吊噸位大的特點(diǎn)，而是利用它臂長特點(diǎn)進(jìn)行高空作業(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）主、副卷揚(yáng)既能單動，又能同時動作，要求自動分流合流并將保證低壓合流高壓自動分流。 （ 2）副卷揚(yáng)只要求單泵供油。 （ 3）要求卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)微 動性好，起、制動平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 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(dú)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)采用四節(jié)臂（含有三個液壓缸），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。 （ 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的壓力。 （ 5）起重機(jī)行走時不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。 液壓系統(tǒng)類型選擇 本機(jī)液壓系統(tǒng)分析 根據(jù)開式和閉式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)、典型工況，結(jié)合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的具體情況，上車液壓系統(tǒng)決定選用多泵多回路和多種型式的高壓變量系統(tǒng)。在起升（主、副卷揚(yáng)）、回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅、支腿和控制 6 個液壓回路中，起升和回轉(zhuǎn)采用獨(dú)立閉式油路，變幅、伸縮和支腿采用開式油路。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 起升油路分主卷揚(yáng)油路和副卷揚(yáng)油路，液壓泵采用具有壓力切斷功能的雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵，此泵能實(shí)現(xiàn)排量與輸入電壓信號成正比的控制功能，用手動 比例電壓控制閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)，它與定量馬達(dá)構(gòu)成了兩個獨(dú)立的容積調(diào)速回路。副卷揚(yáng)油路可通過合流閥向主卷揚(yáng)油路自動合流。主副卷揚(yáng)回路中設(shè)有壓力記憶閥，防止二次起升下墜，緩沖補(bǔ)油和自動冷熱油交換等裝置。 由于本機(jī)屬于中型起重機(jī)，回轉(zhuǎn)比較頻繁，所以回轉(zhuǎn)油路由雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵和定量馬達(dá)組成，除采用緩沖補(bǔ)油和冷熱油自動交換措施外，還采用了防止“打?，F(xiàn)象”（在回轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)打停后再回轉(zhuǎn)現(xiàn)象）和防止臂桿因外力（風(fēng)力等）引起的自由擺動的特殊閥。 伸縮回路有四節(jié)液壓缸，使用電液閥控制使液壓缸實(shí)現(xiàn)順序伸縮和各節(jié)臂單獨(dú)伸縮?；芈?中，電磁閥僅通過推動液動閥所需的流量，流量較小，而流動閥才是通過工作機(jī)構(gòu)所需的大流量。這樣電磁閥可靠性大大提高。液動閥可通過很大流量，從而提高伸縮速度。 大中型起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)，為了減小變幅缸的缸徑，通常采用雙缸并聯(lián)回路，即兩個等直徑的變幅缸分別置于臂的兩側(cè)跟臂一起剛性連接。本機(jī)采用液控單向閥來鎖緊臂自動下滑，才用了一平衡閥來防止在變幅下降時產(chǎn)生超速現(xiàn)象。 伸縮、變幅回路在工作時只能一個單獨(dú)工作，用電液比例換向閥來控制它們的伸縮速度。本機(jī)采用了一個二位六通轉(zhuǎn)閥來切換伸縮、變幅油路，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)一個操作手 柄單獨(dú)操作伸縮、變幅工作，而且用一個二位六通轉(zhuǎn)閥替換了一個電液比例換向閥和一個電路切換開關(guān)降低了生產(chǎn)成本。 支腿回路采用 H 式支腿，此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個液壓缸，一個水平的，一個垂直的，支腿外伸后成 H形。支腿回路的各油缸均采用手柄操縱換向閥來實(shí)現(xiàn)各種控制?；芈分兄扔吐忿D(zhuǎn)閥可以對各支腿進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)和共同伸縮，液控單向閥可以防止支腿軟腿現(xiàn)象。 根據(jù)汽車起重機(jī)的工況，支腿回路、伸縮回路和變幅回路只能一個單獨(dú)工作，所以采用同一個液壓泵供油。主、副卷揚(yáng)回路用了電液比例排量調(diào)節(jié)泵，它們都帶有副泵，此副泵負(fù)責(zé)給 自己所在閉式回路補(bǔ)油和提供控制油。 各機(jī)構(gòu)動作組合、分配及控制 1. 各機(jī)構(gòu)組合情況 支腿機(jī)構(gòu)在起升過程中不能動作，但是支腿回路不工作時其他的回路均不能工作，回轉(zhuǎn)可以與各個機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合動作，主副起升之間，以及主、副起升分別與變哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 幅，伸縮回路要有組合動作功能，伸縮、變幅之間不需要組合動作，在相同手柄上控制的兩個是靠手動比例電壓控制閥的手柄 45176。聯(lián)動功能完成，應(yīng)盡量少用，免得使操縱變得復(fù)雜。各機(jī)構(gòu)組合情況如圖 21 所示。 圖 21 各機(jī)構(gòu)動作組合情況 2. 各機(jī)構(gòu)的組合控制情況 對于支腿回路伸縮速度控制、伸縮回路、變幅回路、回轉(zhuǎn)回路、主副卷揚(yáng)回路都采用了手動控制方式。 小結(jié)