【導(dǎo)讀】水電，市政建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模也越來越大，市場汽車起重機的需求也隨之增加。繩的纏繞方法，通過SOLIDWORKS軟件對主臂進行三維建模。

　　

【正文】 以利用吊臂之間的伸縮比例，采用鋼絲繩和滑輪組實現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，以實現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，這就形成了液壓機械驅(qū)動。在某些情況下可以取消伸縮機構(gòu)，代之采用人力驅(qū)動，或采用推桿和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅(qū)動。這幾種方法往往在小于等于三節(jié)臂的情況下使用。 對于擁有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂來講，各節(jié)臂的伸縮方式可以由不同的選擇，但是，大致可以分為三類。 （ 1） 順序伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動作。 （ 2） 同步伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各 節(jié)伸縮臂同時以相同的形成比例進行伸縮。 （ 3） 獨立伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)臂均能獨立進行伸縮。顯然，獨立伸縮機構(gòu)，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動作。 在現(xiàn)實中，三節(jié)伸縮臂或三節(jié)以上的伸縮機構(gòu)，往往式上述幾種伸縮機構(gòu)的中和，而很少單獨采用某一種伸縮機構(gòu)。在三節(jié)伸縮臂時，基本上采用一個液壓缸加一個滑輪組的同步伸縮機構(gòu)。超過三節(jié)臂時 ，常用兩個液壓缸加一個滑輪組的伸縮機構(gòu)，或采用三各液壓缸的伸縮機構(gòu)，五節(jié)臂時為兩個液壓缸加兩個滑輪組，或最后一節(jié)的伸縮可用手動的或簡單的插銷式伸縮機構(gòu)。 本次設(shè)計的五節(jié)臂伸 縮，采用后種方法過于落后，顧采用第一種方法。即，用兩個液壓缸加兩個滑輪組的伸縮方式。 圖 50噸汽車起重機主臂設(shè)計的兩個液壓缸和兩套鋼絲繩系統(tǒng)組成的同步伸縮機構(gòu)，圖中液壓缸 3 的活塞桿與基本臂由銷軸 1 相接，液壓缸 3 的缸體與二節(jié)臂通過銷軸 2 相接，液壓缸伸出時，直接帶動二節(jié)臂及其余的臂同時伸出，這個時候完成第一次的伸出動作。圖中液壓缸 14的活塞桿與二節(jié)臂由銷軸 11 相接，液壓缸 14 的缸體與三節(jié)臂由銷軸 13 相接；鋼絲繩 13 一端通過銷軸 11 與二節(jié)臂相接，繞過伸繩滑輪 17，另一端通過銷軸 16 與四節(jié)臂相接；鋼絲繩 18 一端通過銷軸 14與三節(jié)臂相接，繞過伸繩滑輪 20，另一端與五節(jié)臂相接。液壓缸 2在伸出的過程中，沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 直接帶動三節(jié)臂向前運動，這時由于鋼絲繩 13 的長度是不變的，導(dǎo)致鋼絲繩 13 一端變長，另一端也得隨之運動，顧通過滑輪 17 帶動四節(jié)臂向前運動；四節(jié)臂在向前運動的時候，由于鋼絲繩18的長度是不變的，導(dǎo)致三節(jié)臂也五節(jié)臂之間的距離增大，顧通過伸繩滑輪 20，鋼絲繩帶動五節(jié)臂向前運動。上述過程綜合在一起是一個聯(lián)動的過程，彼此相連，同時運動，從而達到了同步伸縮的目的。縮回的過程是通過，回繩滑輪 7，鋼絲繩 9 的帶動實現(xiàn)的，其過程與 吊臂伸繩的過程完全相同。 臂架伸縮液壓缸的 計算及 選擇 缸筒 內(nèi)徑計算 主臂液壓缸定為 2節(jié)，尺寸形狀 可按如下進行設(shè)計計算 ， 當主臂仰角為 56176。時，工作幅度為3米時，主臂吊最大載荷 Q=50T,此時伸縮缸承受最大壓力 m a x sin 56 59. 4FQ? ? ?T （ ） 伸縮缸在工作時能夠達到的工作壓力按 30MPa計算，根據(jù)公式如下 圖 50 噸汽車起重機伸縮機構(gòu)設(shè)計 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 4FDP?? () 式中 :D— 液壓缸的內(nèi)徑 F— 最大載荷 P— 工作壓力 可得出， D=159mm,參見表 ，取 D=160mm。 表 41 缸桶內(nèi)徑選擇表 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 活塞桿直徑 （ 1） 計算 活塞桿直徑 d一般按液壓缸往復(fù)運動速度比 ? 計算，公式如下： 1dD???? （ ） 式中： D— 液壓缸直徑 ? 往復(fù)運動速度比，參見表 ，選擇 ? =2。 可得出： d=113mm；參見表 ，選擇 d=125mm。 表 速度比 ? 選擇 壓力 MPa ≤ 10 ～ 20 ≥ 20 速度比 ? 2 表 活塞桿直徑尺寸系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 35 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 （ 2） 強度驗算 活塞桿工作時，一般主要受軸向主要拉壓作用力，因此活塞桿的強度驗算，可按直桿拉壓強度驗算，可按 直桿拉壓公式計算， 即 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 ? ?24Fd????? （ ） 式中： ? 活塞桿內(nèi)應(yīng)力。 F— 液壓缸負載力。 ??? 活塞桿材料許用應(yīng)力 ， ? ? bn?? ?， b? 為材料的抗拉強度， 材料為 45號鋼，故 b? 為 600MPa， n為安全系數(shù)，一般取 n≥ 3～ 5， n取 5。 將上述值代入， 式 （ ） 成立，所以強度滿足要求。 （ 3） 穩(wěn)定性驗算 當活塞桿直徑與液壓缸安裝長度之比為 1： 10 以上時，活塞桿容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生縱向彎曲破壞，這時需要進行受壓穩(wěn)定性計算。 計算時吧液壓缸整體看成一個和活塞桿截面相等的桿件，采用歐拉公式計算出臨界壓縮載荷tF ，再帶入壓桿穩(wěn)定公式進行計算。 歐拉公式為： 222t EJF L??? () 式中： E— 材料的彈性模數(shù)，對鋼而言， E= 10? MPa。 J— 活塞桿截面慣性矩， 464dJ ?? = 10?? 。 L— 液壓缸安裝長度，由文獻〔 1〕可知， 此處選擇為 L= l= 。 ? 長度折算系數(shù)，由文獻〔 1〕可知 ， ? =1。 計算可得 tF = 10? N。 壓桿穩(wěn)定公式為： ttFF n? （ ） 式中： tn 安全系數(shù)，一般取 tn =。 將 tF 帶入上式，所得結(jié)果與式 （ ） 不符合。 參見表 ，重 新選擇活塞桿直徑 d=140mm。 將上述值代入式 （ ） 進行強度驗算 ，式 （ ） 成立，即滿足強度要求。 所得 tF = 510? N。將上述數(shù)值再次代入式 （ ） ，進行穩(wěn)定性驗算 ，計算可知，所得結(jié)果與式 （ ） 相符合，可以確定尺寸為 d=140mm。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 缸筒 壁厚及外徑計算 液壓缸壁厚 ? 和外徑 1D 由強度條件確定 （ 1） 缸筒壁厚的確定 缸筒分為 2種，當缸筒內(nèi)徑 D和壁厚 ? 的比值 : 10D ?? 時，稱為薄壁缸筒，反之稱為厚壁缸筒。 對薄 壁缸筒 ? ?2xPD? ?? () 式 中： xP 液壓缸的耐壓試驗壓力，當 P＜ 16MPa時， xP =。當 P＞ 16MPa時， xP =，P為液壓缸工作壓力為 30MPa。 ??? 缸筒材料的許用應(yīng)力， ? ? bN?? ? , b? 為材料的抗拉強度，材料為 45 號鋼取b? =600MPa， N為安全系數(shù)，一般取 N=5。 D— 缸筒內(nèi)徑 D=160mm。 將上述數(shù)值代入式 （ ） 可得， ? =25mm。 此時 : ?? ，不滿足 式 : 10D ?? ，所以所求液壓缸不是薄壁缸筒，為厚壁缸筒。 對厚壁缸筒 ? ?? ? 12 xxPDP????????????? （ ） 通過上式求得 ? =，取整為 ? =10mm。 即所得缸筒壁厚為 10mm。 （ 2） 缸筒外徑計算 缸筒外徑 1D 為 1 2DD??? （ ） 所得結(jié)果為 1D =180mm。 通過計算 得 出液壓缸的基本參數(shù)為： 缸筒內(nèi)徑： 160mm 活塞桿直徑： 140mm 缸筒外徑： 180mm 根據(jù)上述數(shù)值，參見徐工液壓件廠的伸縮缸技術(shù)參數(shù)選擇液 壓缸的參數(shù)如下： 缸徑： 160，桿徑： 140，工作壓力： 20Mpa， 實驗壓力： 25Mpa， 行程： 7500。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 5 零部件的選擇 鋼絲繩的計算和選擇 鋼絲繩的選擇主要包括鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選用和鋼絲繩直徑的確定。 鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選用 繞經(jīng)滑輪和卷筒的工作機構(gòu)鋼絲繩應(yīng)選用線接觸鋼絲繩；在腐蝕環(huán)境中采用鍍鋅鋼絲繩。本機構(gòu)所需鋼絲繩為繞經(jīng)滑輪和卷筒，故選擇線接觸鋼絲繩。 起升用 鋼絲繩直徑的計算 鋼絲繩的直徑 d可通過下式計算即 d C S? () 式中： C— 選擇系數(shù)。 S— 鋼絲繩最大工作靜拉力。 選擇系數(shù) C的確定與機構(gòu)的工作級別由關(guān)，可通過下式確定。 4 bnCkw ? ?? ?? （ ） 式中： n— 安全系數(shù)， 由文獻〔 1〕可知 ， n=5 k— 鋼絲繩捻制拆減系數(shù)，一般選取 k=. w 鋼絲繩充滿系數(shù)，由下式確定， w ? 全 部 鋼 絲 斷 面 積 總 和鋼 絲 繩 斷 面 毛 面 積。通常選取為w =。 b? 鋼絲繩的公稱抗拉強度， 由文獻〔 1〕可知， b? =1850N/ 2mm 。 將上述值帶入式 （ ） 可得 C=。 最大靜拉力 S的確定 采用單 連滑輪組最大工作靜拉力 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 QS m?? ? （ ） 式中： Q — 起升載荷， Q = 0Q +q ， 0Q 為額定起升載荷， q 為取物裝置的重力， 由文獻〔 1〕可知 ， q = 0Q ，即 Q = 410? 。 m— 滑輪組倍率 ， 由 文獻 〔 1〕可知 ， m=10。 ? 滑輪組效率， 由文獻〔 1〕可知 ， ? =。 將上述值代入式 （ S= 410? (N)。 將式 （ ） 和式 （ ） 所得數(shù)值代入式 （ ） 可得出 鋼絲繩直徑 d=。 參見 文獻〔 1〕可知 ， 可選用鋼絲繩 型號為 6T(25)— 23— 1850— ? — 光 — 右交 GB1102— 74。 主臂伸縮用鋼絲繩的計算選用 當滿載時，大臂仰角為 56176。，作用在缸的軸向力為： F= 50sin56F? ? = ? N,F 由 8 根鋼絲繩來承擔（其中 4 根拉第 4 節(jié)臂，其中 4 根拉第 5 節(jié)臂），每根鋼絲繩繩承受的拉力為 10? N。參見 文獻〔 1〕可知 ， ，選擇鋼絲繩直徑為 d=13mm，公稱抗拉強度為 1700 N/ 2mm ，最小破斷拉力為 113KN。即型號為： 6X（ 37） 131700I光 右交 GB110274。 滑輪及滑輪組的選擇 滑輪用以支撐鋼絲繩，并能改變鋼絲繩的走向，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組達到 省力或增速的目的。 構(gòu)造和材料的選用 承受負載不大的滑輪，結(jié)構(gòu)尺寸較小（直徑 D≤ 350mm），通常做成實體結(jié)構(gòu)，用強度不低于鑄鐵 HT200 的材料制造。承受大載荷的滑輪，為了減輕重量，多做成筋板帶孔的結(jié)構(gòu)，用強度不低于鑄鐵 HT200、球鐵 QT4017 和鑄鋼 ZG230450 等材料 制造。大型滑輪（直徑 D≥ 800mm）由輪緣及帶筋板的輪輻和輪轂焊接而成， 單 件生產(chǎn)時也易選擇焊接滑輪 。鑄鐵滑輪適用于工作級別M4以下 的機構(gòu)，鋼制滑輪用于工作級別 M4以上的機構(gòu)。 滑輪大多裝在滾動軸承上，用尼龍和其它材料做成的滑動軸承，也開始在起重機的滑輪上使用。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 鋼絲繩出入鋼絲繩繩槽的偏角過大時（＞ 5176。），繩槽側(cè)壁將受到很大橫向力的作用，容易使槽口損壞，使鋼絲繩脫槽，為了減小鋼絲繩的磨損，在滑輪繩槽中可用鋁或聚酰胺作為墊襯材料，這使滑輪構(gòu)造復(fù)雜，只