【正文】 ，可得。39。il20 / 43 各節(jié)伸縮臂插入前一節(jié)都留有一段距離 c，這是結(jié)構(gòu)上的需要，在此距離內(nèi)要設(shè)置伸縮油缸的鉸支座和其它的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其大小視情況而定，在此次設(shè)計(jì)中選擇 c=。39。i39。il出后仍在前節(jié)臂中的那部分搭接長(zhǎng)度 ，第 i 節(jié)臂插在前節(jié)臂內(nèi)的長(zhǎng)度為（ + ） ，假39。39。因此，搭接部分要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)而定，一般為伸縮臂外伸長(zhǎng)度的 1/4—1/5（吊臂較長(zhǎng)者取后者，較短者取前者，同步伸縮者可取后者） 。通常搭接長(zhǎng)度應(yīng)該短些，以減輕吊臂重量。39。l即 =+（41） 39。 = + = +0l1al0而 = + + =（K1）0234將上式帶入式（）可得= （K1） +（K1） = +（K1） +（K1） = +（K1） （）maxl0al0139。23ll?234長(zhǎng)度，在計(jì)算時(shí)取同一數(shù)值（a= 米） 。則外伸長(zhǎng)度 ， ﹑ ﹑ 為二，三，四節(jié)臂縮回后外漏部分的39。339。ax12341234()()()lllala????? 式中 ﹑ ﹑ 為各節(jié)伸縮臂的伸縮長(zhǎng)度，在設(shè)計(jì)當(dāng)中，伸縮長(zhǎng)度往往取同一數(shù)值，39。 39。 吊臂各節(jié)尺寸的確定 主吊臂的最長(zhǎng)長(zhǎng)度 是由基本臂結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和外伸長(zhǎng)度 所組成。maxl （）??101max()()sin() ?????????式中：H1—最長(zhǎng)主臂作業(yè)長(zhǎng)度， =38m。2h2h ——為起重機(jī)汽車底盤的高度， =。所以取距離 e=。 39。 39。即 =56176?！醣垩鼋?，其值小于最大仰角 =80176。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)。b—吊頭距滑輪組的最短距離，b=。即： （）??01()()sin(). m????????從而得出 =。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) 是鉸點(diǎn) O 至基本臂截面中0e心線距離，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 。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。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 噸汽車式起重機(jī)的起升高度為 38 米，臂架材料選用 HG6O。在選取材料時(shí)應(yīng)遵循性價(jià)比最高選擇，以優(yōu)化減輕臂架重量為最終目的。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。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。這樣以來可以采用更薄鋼板，而充分利用鋼板的厚度，特別在采用高強(qiáng)度鋼材時(shí)。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)。確定 U 型為較合理的形狀。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。具體到每節(jié)臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，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。有的為了減輕重量也可在側(cè)板上開大孔，并卷邊加強(qiáng)。其高寬比在 ~范圍之內(nèi)。作為吊臂來說，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。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。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。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，來改進(jìn)吊臂的性能。因此我從這個(gè)角度來確定吊臂截面，下面是我確定截面為 U 型截面的過程。因此，在滿足各項(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。 。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。KATO 采用四邊形截面，也采用加勁筋解決腹板的抗屈曲能力。DEMAG 也使用橢圓形吊臂截面形式。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。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。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)。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)。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。以下是目前伸縮式吊臂常見的截面形式(如圖 所示): .歸納起來，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?；?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。即，用一個(gè)液壓缸加兩個(gè)滑輪組的伸縮方式。超過三節(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)單的插銷式伸縮機(jī)構(gòu)。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)。13 / 43（3）獨(dú)立伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)臂均能獨(dú)立進(jìn)行伸縮。（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(dòng)作。這幾種方法往往在小于等于三節(jié)臂的情況下使用。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)。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，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。maxQ1Q此次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況及汽車式起重機(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。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 幾種不同類型的起重機(jī)的使用等級(jí)起重機(jī)類型 使用壽命（年）汽車起重機(jī)（通用汽車底盤） 1011 / 43小于 16 1116～40 12＞40～100 13輪胎起重機(jī)和汽車起重機(jī)（專用底盤）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橋式和門式起重機(jī)工作級(jí)別、6720履帶起重機(jī) 10門座和鐵路起重機(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。 T—起重機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間，設(shè)定為 T=300 秒。 B—起重機(jī)一年中的工作天數(shù)，取 B=300 天。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： （）5360B3601()30Q= ??????年 （ 天 ） 8（ 小 時(shí) ） （ 次 ）（ 秒 ）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)。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機(jī)的利用程度，是起重10 / 43機(jī)分級(jí)的基本參數(shù)之一。m。同時(shí)參見表 1 可知，基本臂起重力矩為 150 t參見表 1，Q=50t，R=3m,此次設(shè)計(jì)的汽車式起重機(jī)的起重力矩為 M=QR=503=150t（4）起重力矩起重力矩是臂架類起重機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它等于額定起重量 Q 和其相對(duì)應(yīng)的工作幅度 R 的乘積，即 M=QR，起重力矩一般用 t汽車式起重機(jī)的幅度 R 如圖 所示。在臂架變幅平面內(nèi)起重機(jī)機(jī)體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。圖 所示為汽車起重機(jī)起升高度圖9 / 43圖 汽車起重機(jī)起升高度圖 （3）幅度旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)處于水平位置時(shí)，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線垂直之間的水平距離稱為幅度（R） 。汽車式起重機(jī)的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機(jī)作業(yè)要求和起重機(jī)總體設(shè)計(jì)的合理性綜合考慮。汽車式起重機(jī)起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。此時(shí)總起升高度 H 為軌面以上的起升高度h2 和 軌面以下的下放深度 h3 之和，H=h2+h3。（2）起升高度起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起生位置的鉛垂距離（吊鉤取取鉤環(huán)中心） ，單位為米。 如上所術(shù)，由于汽車式起重機(jī)的各種工況比較復(fù)雜，考慮的因素較多，額定起重量不只一個(gè)時(shí)，通常稱額定起重量為最大起重量。起重機(jī)吊重行使時(shí)，起重臂必須前置。8 / 43汽車式起重機(jī)的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個(gè)基本作業(yè)方位）不同而有所變化。所謂額定起重量是指起重機(jī)在各種工況下安全作業(yè)所容許的起吊重物的最大質(zhì)量的值，它是隨著幅度的加大而減小的。（1）起重量 起重機(jī)起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以 Q 表示，單位為 kg 或 t。2 QAY50 汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和工作級(jí)別 QAY50 起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，汽車式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對(duì)提高整機(jī)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。起重機(jī)通過臂架直接吊載，實(shí)現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。但是，與國(guó)外汽車式起重機(jī)相比，國(guó)外汽車式起重機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為了降低整機(jī)成本，提高性能，整機(jī)質(zhì)量越來越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了２０％左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數(shù)（尤其是大噸位起重機(jī)） ，這樣，大大簡(jiǎn)化了車輛的結(jié)構(gòu)，成本降低，同時(shí)提高了起重機(jī)的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟(jì)性，所以，同等噸位的銷售價(jià)較前十年有大幅下降，對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)造成了很大沖擊，因此，對(duì)我國(guó)的汽車式起重機(jī)的生產(chǎn)者來說是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。由于此技術(shù)對(duì)于電液的要求較高，尤其是在自動(dòng)伸縮的 PLC 控制和伸縮系統(tǒng)的液壓回路的設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)還不是太成熟，可靠性還不是太高，還有較長(zhǎng)的路去走。 此技術(shù)采用單缸、互鎖的缸銷和臂銷、精確測(cè)長(zhǎng)電子技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是重量最輕，對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的影響最小，但技術(shù)難度大、成本較高、臂長(zhǎng)種類少、7 / 43伸縮時(shí)間長(zhǎng)、臂長(zhǎng)變化時(shí)麻煩。缸銷則都布置在伸縮機(jī)構(gòu)的側(cè)方。利勃海爾將拔銷裝置置于伸縮機(jī)構(gòu)上方，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自鎖性強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)；格魯夫GROVE、德馬格（DEMAG） 、多田野（TADANOamp。 單缸插銷系統(tǒng)單缸插銷式伸縮臂技術(shù)是典型的機(jī)、電、為例，作為伸縮臂伸縮的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由（見圖）1．伸縮缸、2．拔銷機(jī)構(gòu)、3．缸銷等組成，為保證伸縮臂伸縮過程的安全性、可靠性，該機(jī)構(gòu)采用內(nèi)置式互鎖系統(tǒng)即在伸縮油缸上裝的彈簧驅(qū)動(dòng)缸銷銷定伸縮臂后，才機(jī)械釋放該節(jié)臂和其他節(jié)臂的連接。其局限性在于最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機(jī)在大幅度下的起重性能；同時(shí)，對(duì)于大噸位的起重機(jī)，對(duì)鋼絲繩的要求也非常高，符合要求鋼絲繩非常難加工。北起、泰起、錦重等廠家采用第一種伸縮機(jī)構(gòu)（多個(gè)單級(jí)缸加一級(jí)繩排） ，但由于技術(shù)落后，第二缸、第三缸的進(jìn)回油依靠軟管卷筒輸送。在過去，徐重、浦沅、長(zhǎng)起跟隨 LIEBHERR 技術(shù)多年，普遍使用第二種伸縮機(jī)構(gòu)，使用單缸或雙缸加繩排實(shí)現(xiàn)四節(jié)或五節(jié)臂的伸縮。DEMAG 和 TADANO 部分產(chǎn)品采用第一種伸縮機(jī)構(gòu)，這種伸縮機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是最末一節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂采用多級(jí)缸或多個(gè)單級(jí)缸或多級(jí)缸和單級(jí)缸套用等方式直接用液壓缸伸縮?，F(xiàn)在在 100 噸以下的起重機(jī)上應(yīng)用的比較廣泛，其原理如圖，就是簡(jiǎn)單的滑輪原理。表 國(guó)外主要起重機(jī)制造廠商選用的吊臂截面形式及特點(diǎn)公司 截面形式 截面特點(diǎn) Grove Gottwald