【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中小噸位 汽車(chē)起重機(jī)支腿液壓回路分析 1. 圖 25 為中小噸位汽車(chē)起重機(jī)支腿液壓回路原理圖，它共有八個(gè)液壓缸，即四個(gè)水平缸和四個(gè)垂直缸，這八個(gè)液壓缸屬于起重機(jī)下車(chē)液壓系統(tǒng)的一部分支腿液壓回路除了八個(gè)液壓缸外，主要還包括：一個(gè)三聯(lián)齒輪泵，下車(chē)多路閥，吸油濾油器，回油濾油器，兩條主油路，供油路 K3，回油路 K2，壓力表，每個(gè)液壓缸都有一個(gè)雙向液壓鎖。 ：（ 1）無(wú)工作（ 2）水平同步伸（ 3）水平同步縮（ 4）垂直同步伸（ 5）垂直同步縮、 3. 五個(gè)不同的工作狀態(tài)的過(guò)程分析： 第一種：無(wú)動(dòng)作，液壓油 經(jīng)過(guò)吸油濾清器過(guò)濾被 32 號(hào)泵吸入下車(chē)主油路，油壓超過(guò)規(guī)定的壓力值時(shí)（液壓表控制）一部分經(jīng)溢流閥流回主回油路經(jīng)回油濾油器回油箱，另一部分經(jīng) K3 進(jìn)入起重機(jī)上車(chē)，循環(huán)一周后經(jīng)K2 回油箱。 第二種：水平同步伸，液壓油經(jīng)吸油濾油器過(guò)濾后被 32 號(hào)泵吸入下車(chē)洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 主供油路，經(jīng)壓力表測(cè)試，多余的油液會(huì)經(jīng)溢流閥流回下車(chē)主回油路，另一部分油液經(jīng)手動(dòng)三位四通換向閥的上位（此時(shí)三位四通閥 A2,B2， A3，B3， A4， B4， A5， B5 采用的是并聯(lián)的方式連接）分別進(jìn)入四個(gè)水平液壓缸的無(wú)桿腔，實(shí)現(xiàn)水平缸伸長(zhǎng)，同時(shí)有桿腔中的油液匯集后經(jīng) V,H 手 動(dòng)換向閥的上位進(jìn)入主回油路再由回油濾油器過(guò)濾后回油箱。 第三種：水平同步縮，液壓油經(jīng)吸油濾油器過(guò)濾后被 32 號(hào)泵吸入下車(chē)主供油路，經(jīng)壓力表測(cè)試，多余的油液會(huì)經(jīng)溢流閥流回下車(chē)主回油路，另一部分油液經(jīng)手動(dòng)三位四通換向閥的下位（此時(shí)三位四通閥 A2,B2， A3，B3， A4， B4， A5， B5 采用的是并聯(lián)的方式連接）分別進(jìn)入四個(gè)水平液壓缸的有桿腔，實(shí)現(xiàn)水平缸縮回，同時(shí)無(wú)桿腔中的油液匯集后經(jīng) V,H 手動(dòng)換向閥的下位進(jìn)入主回油路再由回油濾油器過(guò)濾后回油箱。 第四種：垂直同步伸，液壓油經(jīng)吸油濾油器過(guò)濾后被 32 號(hào)泵吸入下車(chē)主供油路 ，經(jīng)壓力表測(cè)試，多余的油液會(huì)經(jīng)溢流閥流回下車(chē)主回油路，另一部分油液經(jīng)手動(dòng)三位四通換向閥的上位（此時(shí)三位四通閥 A2,B2， A3，B3， A4， B4， A5， B5 采用的是并聯(lián)的方式連接）分別進(jìn)入四個(gè)垂直液壓缸的無(wú)桿腔，實(shí)現(xiàn)水平缸伸長(zhǎng)，此時(shí)有桿腔受液壓雙向鎖控制可防止靜態(tài)時(shí)動(dòng)臂自然你那下降同時(shí)有桿腔中的油液匯集后經(jīng) V,H 手動(dòng)換向閥的上位進(jìn)入主回油路再由回油濾油器過(guò)濾后回油箱。 第五種：垂直同步縮，液壓油經(jīng)吸油濾油器過(guò)濾后被 32 號(hào)泵吸入下車(chē)主供油路，經(jīng)壓力表測(cè)試，多余的油液會(huì)經(jīng)溢流閥流回下車(chē)主回油路，另一部分油液經(jīng)手動(dòng) 三位四通換向閥的下位（此時(shí)三位四通閥 A2,B2， A3，B3， A4， B4， A5， B5 采用的是并聯(lián)的方式連接）分別進(jìn)入四個(gè)垂直液壓缸的有桿腔，實(shí)現(xiàn)垂直缸收縮，此時(shí)有桿腔受液壓雙向鎖控制可防止靜態(tài)時(shí)動(dòng)臂自然你那下降同時(shí)無(wú)桿腔中的油液匯集后經(jīng) V,H 手動(dòng)換向閥的上位進(jìn)入主回油路再由回油濾油器過(guò)濾后回油箱。 兩種液壓支腿回路的比較 比較知大噸位和中小噸位的差別在于大噸位有單獨(dú)的泵供油，能保證系統(tǒng)所需要的液壓力，使支腿液壓系統(tǒng)不會(huì)因上車(chē)工況的影響，換向閥由原來(lái)的多路閥改為單獨(dú)的電磁閥，支腿的操作由手動(dòng)變?yōu)殡?路控制的按鈕洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 操作，使支腿系統(tǒng)的操作更加簡(jiǎn)化方便，同時(shí)電磁換向閥布置在每個(gè)液壓缸的旁邊這樣可以減少液壓油在傳輸過(guò)程中的能量損失，使之腿動(dòng)作時(shí)更加及時(shí)有效，而且采用單獨(dú)的液壓系統(tǒng)可以在保證支腿工作需要的前提下簡(jiǎn)化下車(chē)液壓構(gòu)造，大大減少不必要的高工作壓力而造成的成本浪費(fèi)和能量的損失。 洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3章 起重機(jī)支腿液壓系統(tǒng)原件的確定 系統(tǒng)壓力的確定 液壓系統(tǒng)各回路計(jì)算及主要元件的選擇 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。重量越輕 .結(jié)構(gòu)越緊湊。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 : :10MPa~25MPa，用于中小型輪式起重機(jī)； :25MPa~32MPa,用于大中型輪式起重機(jī)； :32MPa 以上，用于特大型或有特殊要求的輪式起重機(jī)。 QY100K 汽車(chē)起重機(jī)屬于大型汽車(chē)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 25MPa。 支腿壓力計(jì)算 計(jì)算工況及載荷 1. 輪式起重機(jī)計(jì)算支腿壓力或輪胎壓力有幾種目的，不同目的載荷組合不同。設(shè)計(jì)支腿載荷用于驗(yàn)算支腿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和支腿液壓缸的最大閉鎖壓力。載荷選擇最不利組合，工況是起重最大額定起重量，作正常的起、制動(dòng)并與回轉(zhuǎn)作復(fù)合動(dòng)作。吊臂位在最不利位置上。此時(shí)起升載荷為考慮動(dòng)載系數(shù)的最大額定起重量 pq?0 ,水平力為 pq?005 ，臂架位置 abarctg?? 。 2. 起重機(jī)支腿壓力是指支腿在起重機(jī)吊重時(shí)，所承受的最大法向反作用力。 在計(jì)算支腿壓力前，要先分析一下車(chē)架 —— 支腿 —— 支撐面這一體系的變化情況。 假如車(chē)架一支腿體系的剛度很大，相對(duì)變形較小，且支承面又很堅(jiān)硬，相對(duì)沉陷也小，起重機(jī)正常吊重時(shí)只要總載荷力不落于支腿外，洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 四個(gè)支腿可始終不離地面，假如車(chē)架剛度較小，則與支腿形成的梁柱體系在起重機(jī)正常吊重工作 時(shí)，此時(shí)支腿壓力分配可按載荷合力位置距支腿的遠(yuǎn)近反比分配四個(gè)支腿也不會(huì)離開(kāi)地面。 3. 當(dāng)車(chē)架一支腿一支撐面體系不是上述情況，如車(chē)架剛度較大，而支腿或支撐面有彈性，則起重機(jī)吊重正常工作時(shí)，四個(gè)支腿常有一個(gè)支腿離地，形成三點(diǎn)支承。起重機(jī)是四點(diǎn)支承還是三點(diǎn)支承，要視載荷合力偏離支腿中心的 方向而定，也視吊臂位置而定， 起重機(jī)在正常吊重情況下，經(jīng)常呈現(xiàn)三點(diǎn)支承， 故按彈性支承的假設(shè)來(lái)計(jì)算支腿的壓力。 按三點(diǎn)支撐的壓力計(jì)算 假設(shè)吊臂位置在離起重機(jī)縱軸線 (X 軸 ) ? 角處，令底盤(pán)不回轉(zhuǎn)部分重量為 G2 , 其重心位置在離支腿中心 (坐標(biāo)原點(diǎn) 0 ) e2處，起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心(o0)，離支腿中心 0 的距離為 e0。上車(chē)重量 G1，臂架重量 Gb， 轉(zhuǎn)臺(tái)與配重及其它重 G3， 計(jì)算起升載荷 Pq， 它們的合力 G0，即 G0=G1+Gb+G3+Pq. (30) 合力 距 0 點(diǎn)的距離為 ： GLGLGrG bRp qr033110 ???????? (31) 由于回轉(zhuǎn)慣性力、離心力和風(fēng)力等水平力作用，在吊臂頭部作用有水平力 T= pq?005 ，則 作用在吊臂平面內(nèi)的力矩 ? ?bHTrGM ???? 00 (32) 按三點(diǎn)支承的支腿壓力計(jì)算，如圖 31 支腿 A 抬起，支腿 B, C. D 受力則 ? ? 2//s i n20 aMGGB ????? (34) ? ? ? ?? ? 2//c o s/212/010 bMbeGbeGD ???????? (35)臂架轉(zhuǎn)到工況 II 時(shí)，即 ? 角為鈍角時(shí)，則支腿 B 上抬，支腿 C, 則受力最大的支腿 D 的壓力為 : ? ?aMbMbe oGbeGD /s i n/c o s/0/22 ?? ????????? (36) 洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 當(dāng)臂架位于工況 I 位置時(shí)，最大受力支腿是 C 支腿，令 0?ddc?,解得 ?角值即是 C 支腿壓力為最大時(shí)的 ? 角值，其值為abarctg??0。將 ?0 值代入公式 34 或?qū)??? 0? 代入公式 95 可求得 C 支腿的最大支腿壓力或 D 支腿最大支腿壓力。 比 較其值大小，大者為計(jì)算工況。這里忽略了 B 與 C. A 與 D 支腿叉開(kāi)的實(shí)際情況 (影響不大 )。 比較 C 和 D 的公式，可以先用判別式： eeGG 00 22 .(37) eo 、 e2 本身帶有符號(hào)， 如圖所示，在 O 上側(cè)為正，在下側(cè)為負(fù)若判別式為負(fù)且大于 1，則吊臂在工況 I 時(shí) C 支腿壓力達(dá)到最大值。若判別式小于 1，則吊臂在工況 II 時(shí) D 支腿達(dá)到最大值，若 eo 、 e2 在同側(cè)，則不必用此判別式，顯然 可以判斷出那個(gè)是承受最大壓力的支腿。 由： G1 =5KNG2 =150KN G3 = 222KN Gb = 172KN L1 = L3 = r= h= b=2m a= b= R=3m 則有式 30 ?G0 1399KN 所以 eeGG 00 22大于 1，則 C 支腿壓力達(dá)到最大值 由式 34 得 C=707KN。 洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 31 支腿受力分析圖 水平支腿液壓缸作用力的確定 水平支腿液壓缸的作用是將支腿臂在需要的時(shí)候推出固定支腿，使支腿的到一定的跨距，其作用力較小，參考同類(lèi)設(shè)計(jì)，這里假定其所受的最大外負(fù)載力為 F =100KN。 各種液壓缸尺寸的確定 垂直液壓油缸尺寸的確定 D 可由以下公式求得： D = PF?4 .（ 38） 式中 : F —— 垂直液壓油缸 的作用力， F =707KN； P —— 系統(tǒng)壓力， P =32MPa； 則有 610327070004 ???? ?D==167mm （ 39） 洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 查標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整為 D=180mm，無(wú)桿腔面 積為1A= 2cm 。 2. 活塞直徑的確定。 活塞桿直徑為?? 1??Dd 。由于系統(tǒng)壓力大于 20MPa， ? 取 2 所以d=127 取標(biāo)準(zhǔn)值 125?d mm，2A= 2cm 活塞桿強(qiáng)度得驗(yàn)算 活塞桿工作時(shí)，一般主要受軸向拉壓作用力，因此活塞桿的強(qiáng)度驗(yàn)算可按直桿拉壓力公式計(jì)算，即 ? ???? ?? dF24 (310) 式中 ? 活塞桿內(nèi)應(yīng)力 F液壓缸負(fù)載 ??? 活塞桿材料須用應(yīng)力， ??? =?b /n， ?b 為材料的抗拉強(qiáng)度， n 為安全系數(shù) ,一般取 n? 35 液壓缸材料為 45 無(wú)縫鋼， ?b=440Mpa 經(jīng)計(jì)算滿足要求 3. 垂直液壓油缸缸筒壁厚的計(jì)算 按薄壁計(jì)算缸筒壁厚 ? ，其計(jì)算公式為： ? ??? 2maxDp? （ 311） 式中： maxp —— 最高允許壓力， maxp = ???np MPa； D —— 缸筒內(nèi)徑， D =180mm。 ??? —— 缸筒材料的許用應(yīng)力， ??? = 3002600 ??ns? MPa，其中 s? 為缸筒材料的屈服強(qiáng)度，缸筒材料為 45 鋼無(wú)縫鋼管，故 s? =600MPa， n 為安全系數(shù)，取 n =2。 1 4. 4 m m3 002 1 8048 ????? 洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圓整為 ? =20mm。因 920/180/ ??D? 小于 10，故為薄壁缸 4. 各種液壓缸尺寸的確定 因?yàn)楦鞲坠ぷ鳁l件相同，其余液壓缸尺寸的計(jì)算過(guò)程與變幅液壓缸的相同。由公式 32,及公式 33 可得各液壓缸尺寸。各液壓尺寸如表 31 所示： 表 31 各種液壓缸的尺寸 液壓缸 作用力（ KN） 缸筒內(nèi)徑 (mm） 活塞桿直徑（ mm） 無(wú)桿腔面積(cm2) 有桿腔面積（ cm2） 壁厚 （ mm） 垂直液壓缸 707 180 125 20 水平液壓缸 100 63 45 7 5. 各種液壓缸工作壓力差的計(jì)算 假設(shè)液壓缸回油壓力為零，則液壓缸的工作壓力差 p? 可由公式 34 計(jì)算得到： 21 10??? A Fp (312） 式中： F —— 液壓缸作用力； 1A —— 液壓缸無(wú)桿腔的面積。 由表 31 及公式 34 可得各種液壓缸的工作壓力差， 如表 32 所示： 洛陽(yáng)理工學(xué)院業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 32 液壓缸工作壓力差