精品毕业论文--汽车典型液压系统设计—起重机液压系统.docx

摘 要在我国，车载起重机的发展已有五十年的历史了，由于受到客观条件的限制，一度发展较慢。进入九十年代发展迅速，但与国际先进水平还相差很远，主要表现在产品质量的稳定性、自动化、智能化等方面。随着国家基础建设的规模不断加大，许多生产场合都需要对设备、产品、零件、货物等进行搬运和位移，车载起重机在起重运输行业和野外作业发挥的作用也将越来越大，市场也将越来越大。 汽车起重机液压系统的设计是该型起重机设计过程中最关键的一步。本文首先对汽车起重机总体进行初步设计，根据要求初步选择部分参数。然后再根据液压系统的技术指标对该系统进行整体方案设计。对其功能和工作原理作进一步的比较分析，确定了系统各回路的基本功能结构及主要元件。设计的汽车起重机能够满足使用功能要求，安全可靠，结构合理，重量轻，操作使用方便，对许多生产场合与起重运输等行业，具有很强的现实意义。关键词：车载起重机，液压系统，工作原理，基本功能Automotive Typical Hydraulic System Design Crane Hydraulic SystemAbstractThe development of the vehicle-mounted crane has more than 50 years history in our country. Limited by the external condition ,the vehicle-mounted crane developed slowly for a time. Since 1990s ,it has developed rapidly .But it still could not reach the international advanced level, which was mainly reflected by the quality stability ,automation, and intelligent of product .With the countrys infrastructure construction expanded in size, some equipment, products, components and goods need to be moved and shifted in many production occasions. The vehicle-mounted plays a more and more important role in lifting transportation industry and the field operation. .And its market will be growing , too. The design of the vehicle-mounted transmission crane is the key in the process of designing the hoist of this type. in this article, first , carry on preliminary design to the overall hoist and choose some parameter according to the requirements. Second, carry on the overall plan design according to hydraulic systems technical specification .Third, compare its function with its operation principle and confirm the basic structure and main components of every loop of the system tentatively. Then carry on selective calculation of the components according to organization performance parameters and performance parameters of hydraulic transmission system. through the computations and generating heat of the systematic function ,the request of this hoist can be reached.The vehicle-mounted crane that is designed ,can satisfy use request. Its safe ,reliable, reasonable constructed, light, and convenient to operate. It has a great operation significance to many production occasions and many industries such as lifting transportation.Keywords: Vehicle-mounted crane，Hydraulic transmission system，Working principle，Basic functions目 录1 绪 论11.1 设计的背景11.2 关于汽车起重机21.3 液压传动系统的特点31.4 液压传动应用于汽车起重机上的优缺点41.5 液压传动系统的组成41.6 汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势52 汽车起重机总体方案设计72.1 传动型式的选定72.2 动力装置的选定82.3 起升机构液压油路方案设计92.4 支臂控制机构液压油路方案设计102.5 回转机构液压油路方案设计132.6 支腿机构液压油路方案设计143 起重机液压系统元件的选择173.1 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点173.2 典型工况分析及对系统的要求184 起重机各液压回路组成原理和性能分析204.1 汽车起重机典型液压系统原理图204.2 起升回路214.3 变幅回路224.4 伸缩回路224.5 回转回路234.6 支腿回路244.7 制动回路255 起重机液压系统的常见故障及预防275.1 起重机液压系统的主要故障275.2 汽车起重机液压系统故障的预防275.3 起重机液压系统故障的排除28结 论30致 谢31参考文献32附录A 译文33液压传动系统设计与计算33附录B 外文原文42Hydraulic Actuation System Design and Computation421 绪论1 绪 论1.1 设计的背景汽车起重机是各种工程建筑广泛应用的起重设备,是用来对物料进行起重、运输、装卸或安装等作业的机械设备，在工业和民用建筑中作为主要施工机械而得到广泛运用。它对减轻劳动强度、节省人力，降低建设成本，提高施工质量，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。汽车起重机主要包括轮胎式起重机、履带式起重机、塔式起重机、桅杆式起重机、缆索式起重机以及施工升降机等，它适用于工业建筑，民用建筑和工业设备安装等工程中的结构与设备的安装工作以及建筑材料、建筑构件的垂直运输与装卸工作。它也广泛运用于交通、农业、油田、水电和军工等部门的装卸与安装工作。目前我国是世界上使用工程起重机最大的国家之一。近年来，随着工程建设规模的扩大，起重安装工程量越来越大，吊装能力、作业半径和机动性能的更高要求促使起重机发展迅速，具有先进水平的塔式起重机和汽车起重机已成为机械化施工的主力。本次设计主要是汽车起重机液压回油路和各个工作动作的液压回油路的原理设计。通过对汽车起重机液压系统的研究和学习，熟练的掌握了液压系统的相关知识，并能在实际中实际应用，加强了对液压系统的了解，增加了液压系统方面的知识，拓宽了我的知识面，使我的知识不再局限于课本，能从实例中发现问题、解决问题、学习问题。 551 绪论1.2 关于汽车起重机我国在1957年生产第一台5T机械式汽车起重机到现在已有50多年历史，它的生产大致经历了以下几个阶段：19571966年以生产5T机械式汽车起重机为主；19671976年以生产12T以下小型液压汽车起重机为主；19771996，1650T中大吨位液压汽车起重机产品发展较快。汽车起重机是各种工程建设广泛运用的重要起重设备，是用来对物料进行起重、运输、装卸或安装等作业的机械设备，在工业和民用建筑中作为主要施工机械而得到广泛运用。它对减轻劳动强度、节省人力，降低建设成本，提高施工质量，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。目前我国是世界上使用工程起重机最大的国家之一。汽车起重机是装在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机，其行驶驾驶室与起重操纵室分开设置。这种起重机的优点是机动性好，转移迅速。缺点是工作时须支腿，不能负荷行驶，也不适合在松软或泥泞的场地上工作。 汽车起重机的底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，因而可在各类公路上通行无阻。此种起重机一般备有上、下车两个操纵室，作业时必需伸出支腿保持稳定。起重量的范围很大，可从8吨1000吨，底盘的车轴数，可从210根。自1979年开始，我国采用进口汽车底盘和关键液压件，自行设计生产出了6T、20T液压汽车起重机之后，国内一些起重机生产厂家采用技贸结合方式，分别引进日本多田野，加藤，美国格鲁夫和德国利勃海尔,克虏伯的起重机产品技术，以结合生产的方式相继制造出25T、35T、45T、50T、80T、125T汽车起重机和25T越野轮胎起重机以及32T、50T、70T全路面起重机。这些企业经过多年来对引进技术的消化、吸收、移植，使国产轮胎式起重机一些新产品的性能水平达到了国际80年代初的水平，产品产量也逐年有所提高。如图1-1所示，为汽车起重机典型外形结构。图1-1 汽车起重机典型外形机构1-载重汽车 2-回转机构 3-支腿 4-吊臂变幅缸 5-基本臂6-吊臂伸缩缸 7-起升机构近年来，随着工程建设规模的扩大，起重安装工程量越来越大，吊装能力、作业半径和机动性能的更高要求促使起重机发展迅速，具有先进水平的塔式起重机和汽车起重机已成为机械化施工的主力。相对于其他起重机，汽车起重机不仅具有移动方便，操作灵活，易于实现不同位置的吊装等优点，而且对其进行驱动和控制的液压系统易于实现改进设计。随着液压传动技术的不断发展，汽车起重机已经成为各起重机生产厂家主要发展对象。1.3 液压传动系统的特点1.3.1 液压传动系统的主要优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：(1) 在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6左右。(2) 液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置。(3) 液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。(4) 操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2000：1)，它还可以在运行的过程中进行调速。(5) 一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。(6) 容易实现直线运动。(7) 既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。(8) 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。1.3.2 液压传动系统的主要缺点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：(1)液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。(2)工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。(3)由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。(4)为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。总的说来，液压传动的优点最突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。1.4 液压传动应用于汽车起重机上的优缺点1.4.1 液压传动系统应用于汽车起重机上的主要优点(1) 在结构和技术性能上的优点：来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。(2) 在经济上的优点：液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。1.4.2 液压传动系统应用于汽车起重机上的主要缺点液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。纵观众多用户的反馈意见，液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。1.5 液压传动系统的组成 一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：(1)动力装置:它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的是液压泵。 (2)执行装置：它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。 (3)控制调节装置：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、截止阀等。 (4)辅助装置：例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。 (5)工作介质：传递能量的流体，即液压油等。 在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。1.6 汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对汽车起重机的要求也越来越高，高、深、尖液压技术在汽车起重机上的应用也越来越广泛，汽车起重机液压系统展示了强大的发展趋势。汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、控制五个主回路组成，我们通过对五个主回路现状的分析来探讨其发展趋势。1.6.1 起升液压系统对起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升系统提出了新的要求：节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。1.6.2 变幅液压系统变幅液压系统的发展趋势也体现为节能高效，目前最先进的为变幅下降时充分利用吊臂和重物的重力势能，实现重力下放，下放的速度由先导手柄来无级控制，变幅平稳没有冲击。1.6.3 伸缩液压系统对于具有五节以下伸缩臂的伸缩液压系统，国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式，当采用两级油缸时，上下两油缸实现内部沟通，一般采用插装式平衡阀；对于具有五节以上伸缩臂的液压系统，采用单缸插销伸缩机构，这种伸缩机构自重轻，能大幅提高起重机的起重性能，能有效的控制整机的重量，通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率。1.6.4 回转液压系统回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所需功率最少，因而回转系统的最高要求是：回转平稳，起重作业无侧载；回转系统的发展趋势为通过小马达、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。1.6.5 操纵、控制系统机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式，液比例操纵系统在我厂也己广泛使用并相当成熟，操作性能得到了很大的提高；然而，最有发展前途的还是电比例操纵系统，借助于计算机技术和可编程技术，汽车起重机将向智能化发展。除此之外，液压系统在以下几方面也体现出明显的发展趋势：1、采用国际化配套，对系统性要求较高的液压元件如泵、阀、马达等采用国际化配套可提高产品的可靠性，另外，国外使用成熟、量大价廉的元件在国内也广泛使用。2、采用卡套式接头，由于卡套式接头在控制系统污染、防泄露等方面具有很强的优越性，使用卡套式接头能大大减少故障率和早期反馈率。3、在系统中设计速度分档，由于不同施工项目的不同要求，对起重机各动作速度的要求也不一样，速度分档技术也应运而生，设计不同的速度档位，以适用不同工况的要求。4、广泛使用高度集成的、模块化阀组，能简化管路，有效的减少液组，提高效率，同时易于维护。5、向计算机技术领域的纵深渗透，汽车起重机将向无线遥控技术、远程诊断服务技术、黑匣子自我保护技术等方向发展，为了实现整机的功能，液压技术将同计算机技术相互渗透，共同发展。2 汽车起重机总体方案设计2 汽车起重机总体方案设计2.1 传动型式的选定在现代工程起重机中，内燃机液压驱动得到越来越广泛的应用，所以本次设计采用的是内燃机液压驱动。其主要原因，一是由于机械能转换为液压能后，实现液压传动有许多优越性；二是由于液压技术本身发展很快使起重机液压传动技术日趋完善。内燃机液压驱动的主要优点是：（1）减少了齿轮、轴等机械传动件，而代之以重量轻、体积小的液压元件和油管，使起重机的重量大为减轻，结构紧凑，外型尺寸小；（2）可以在很大范围内实现无级调速，而且容易变换运动方向；（3）传动平稳，因为作为传动介质的液压油液具有弹性，通过液压阀平稳而渐近地操作可获得平稳的柔和的工作特性；（4）易于防止过载；（5）操作简单、省力。内燃机液压驱动的主要缺点是：（1）传动效率低，因为能量经过了两次转换；（2）液压元件加工精度要求高，因而加工成本大，对密封要求也高，如果制造安装工艺不完善，常有运转失灵及漏油现象产生。但随着液压技术的发展和工艺水平的提高，这些缺点已逐步得到解决。2.1.1 工作机构传动型式的选定液压传动的起升机构，有高速液压马达传动和低速大扭转矩液压马达传动两种型式。高速液压马达传动需通过减速器带动起升卷筒，具有重量轻、体积小、容积效率高、可与驱动油泵互换以及可采用批量生产的标准减速器等特点，故广泛用于中、小型起重机的起升机构中。低速大扭矩液压马达传动可直接带动起升卷筒，传动简单，零件少，起、制动性能好，对油的失纯敏感性小。但容积效率低，易影响机构转速，体积与重量也比较大。变幅机构有液压油缸式，由于液压油缸变幅具有工作平稳、结构轻便和易于布置等特点，它在刚性传动的变幅机构中应用最为广泛。电力和液压传动中，马达（包括电动机）很容易实现正、反转动，调速也不很复杂，相比之下机械传动的传动装置就要复杂得多了。采用液压驱动的伸缩机构，执行元件选用液压油缸，利用缸体和活塞杆的相对运动推动下级吊臂的伸缩。汽车起重机的支腿必需做成可伸缩的。在老式的起重机上支腿的伸缩都是人力的，极为不便。在现代的液压起重机中，支腿的伸缩也是液压传动的。本车采用H式支腿，此支腿外伸距离大，每一支腿有两个液压缸，一水平的（或略带倾斜的），一垂直的支承液压缸，支腿外伸后呈H形。2.1.2 底盘传动型式的选定在汽车起重机中，行驶-下车部分采用机械传动，内燃机发出的动力通过离合器、变速器、主减速器、差速器驱动车轮使汽车行驶。这种驱动装置有一个独立的能源，具有较大的机动性，可满足汽车起重机流动性的要求。由于不受外界能源的牵制，所以一到达作业场地后就可随时投入工作。汽车起重机选用经改制的重型专用汽车底盘，专用的汽车底盘是按起重机的要求设计的，轴距较长，轴距较长，车架刚性好。而前悬下沉式驾驶室视野良好，吊臂置于其上。因驾驶室较低，吊臂位置也不高，故起重机重心较低。在大型汽车起重机中常采用前悬下沉式的驾驶室。2.1.3 行驶和起重工况分析汽车起重机要求通过性能良好，机动灵活，行驶速度高，可快速转移，转移到作业场后能迅速投入工作，因此特别适用于流动性大，不固定的作业场所，所以要求，进入工地后起重时首先要伸出支腿并固定， 一般采用主臂起重，副臂主要是提高起升高度，在高度达不到要求时才采用副臂，起重作业时要求整车有良好的稳定性，只能在两侧方和后方作业整车不能倾翻。2.2 动力装置的选定汽车起重机动力装置的布置有下列几种方案：一、一台发动机布置在下车二、一台发动机布置在上车三、两台发动机，上、下车各布置一台本次设计采用第一种方案，第一种方案，目前采用得比较广泛。因为：（1）上车起重机构广泛采用液压传动，动力传动比较方便，液压泵设在下车，高压油经回转接头送到上车驱动各个液压马达，或液压缸。（2）下车行走机构采用一般通用汽车的机械传动或液力机械传动，故发动机设在下车较方便。因为传动系易布置，操纵易实现。（3）目前汽车起重机的行驶速度高，专用底盘的行走机构的传动装置也必须设计得与汽车传动系同样复杂，故发动机设在下车也是必需的。汽车起重机采用双驾驶室操纵方式，即汽车的行驶移动与起重作业分在不同的驾驶室进行。当只有一台发动机时，起重机在行驶时，发动机动力要供行走机构用；在起重时，要供起重各机构用。从计算可知，行驶速度在30（km/h）以上的汽车起重机的发动机功率常以最大车速时所需的功率来确定。关于起重机行驶时功率的计算，可用近似的公式来初步选择发动机的功率。近似公式是在计算公式中带入一些统计的经验数据而得到的，再参考实际情况，如储备功率、辅件、效率等因素，来确定起重机的功率。 起重功率的确定是按起升和回转两动作同时进行的工况来计算的，并且考虑到其中有一动作的功率是起动功率。在所有的机构中起升机构所需的功率最大。变幅机构的功率常是起升功率的一半左右。只有在大吨位的桁架式长吊臂的起重机中，变幅机构要将接长的吊臂从水平状态拉起，需要较大的功率，但也不超过起升机构的最大功率。而回转功率是起升功率的1/31/4。 2.3 起升机构液压油路方案设计起升机构是起重机械的主要机构，用以实现重物的升降运动。起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、离合器、钢丝绳滑轮组和吊钩等组成。起升机构简图如图2-1所示：图2-1 起升机构简图起升液压油路回路起到使重物升降的作用。起升液压油路回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器、液压制动器和液压马达组成。起升液压油路回油路设计原理图如图2-2所示。图2-2 起升机构液压油路回路图起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型汽车起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于起吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊单独吊重的方式；对于吊大吨位且要求速度比较高时用主卷扬泵合流吊重的方式；对于吊比较长的物体时用共同吊重的方式。2.4 支臂控制机构液压油路方案设计2.4.1 变幅机构液压油路方案设计变幅机构在起重机、挖掘机和装载机等工程机械中，用于改变臂架的位置，增主机的工作范围。绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。汽车起重机由于使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。吊臂变幅是通过改变吊臂的起落角度来改变作业高度。吊臂的变幅运动由变幅液压缸驱动，变幅要求能带载工作，动作要平稳可靠。为防止吊臂在停止阶段因自重而减幅，在油路中设置了平衡阀，提高变幅运动的稳定性和可靠性。吊臂变幅运动由三位六通手动换向阀控制，在其工作过程中，通过改变手动换向阀开口的大小和工作位，即可调节变幅速度和变幅方向。 变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。最常见的液压变幅机构是用双作用液压缸作液动机，也有采用液压马达和柱塞缸。因此本设计采用双作用液缸作液动机。液压油路设计原理图如图2-3所示。伸缩液压缸变幅液压缸图2-3 支臂控制机构液压油路回路图2.4.2 伸缩机构液压油路方案设计吊臂伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。吊臂伸缩机构种类很多，可以从两种不同角度出发进行分类，即按驱动式不同，以及各节臂间的伸缩次序关系不同进行分类。按驱动动力形式不同可分为液压、液压机械和人力驱动三种。采用液压驱动时，执行元件选用液压油缸，利用缸体和活塞杆的相对运动推动下级吊臂的伸缩。通常，n节吊臂则相应要有（n一1）个液压缸一活塞组。在设计相邻的三节臂伸缩机构时，为了减轻重量，还可以利用吊臂之间伸缩的比例关系，采用钢丝绳滑轮组(或链条链轮）实现第三节臂的伸缩以代替一只液压缸，这就形成了液压机械驱动形式。液压机械驱动还有另一种形式，即采用液压马达减速后驱动螺杆旋转，利用螺杆和螺母间的相互运动推动下级吊臂移动 , 这种方法自重较轻，可以提高大幅度时的起重量，另外还大大减少了漏油部位，维修也比较方便。借助液压作为动力伸缩吊臂的最大优点在于可以实现无级伸缩以及不同程度上实现带载伸缩，这就扩大了起重机在复杂使用条件下的使用功能。伸缩机构简图如图2-4所示。图2-4 伸缩机构简图上图采用一个单级液压缸相一套钢丝绳滑轮系统(或链条链轮系统)的同步伸缩机构。图中活塞杆与基本臂由销轴9铰接。缸体与二节臂由销轴8铰接。钢丝绳2绕过平衡滑轮10和滑轮1，其头部由销轴4与三节臂相连。钢丝绳6绕过滑轮7，一头由销轴5与基本臂相连，另一头由销轴3与三节臂相连。滑轮7装在二节臂上。滑轮1装在缸体头部。平衡滑轮10装在基本臂上。当缸体带动二节臂伸出时，滑轮1到滑轮10距离增加。因为钢丝绳2的长度不变，所以销轴4到滑轮1的距离减小，也就是说，在二节臂相对基本臂伸出的同时，三节臂也相对二节臂伸出了同样的距离。即实现了同步伸出。三节臂的同步缩回，是由钢丝绳6成的。其动作原理与同步伸出完全一样。第四节臂的伸缩采用手动方式伸缩，当吊臂放在最低位置有一定的负角度借助自重，再手动使其伸出。在五节伸缩臂时，最后一节的伸缩可用手动的或简单的插销式或连杆式的伸缩机构，以减轻吊臂重量，增加大幅度时的起重能力。变幅液压缸伸缩液压缸液压油路设计原理图如图2-5所示。图2-5 支臂控制机构液压油路回路图2.5 回转机构液压油路方案设计 工程起重机能将起重物送到指定工作范围内的任意空间位置，除了依靠起升机构实现重物的垂直位移外，回转运动是实现水平位移的方法之一，尽管此种运动形式的水平移动范围有限，但所需功率小，要求也比较简单，故在大多数工程起重机中被采用，而且一般还都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。只有在特定的起重机上，才设有非全回转的回转机构或不设回转机构，而用其它机构来调整空间位置。在实现回转运动时，起重机的回转部分与非回转部分之间的传力装置称为回转支承装置，驱动部分则称为回转机构，有时也把这两部分统称为回转机构。全回转的回转机构由三部分组成:一、回转机构的原动机，是整机的传动分流装置中的一个传动元件，它可以是电机、液压马达，或者是某根轴。一般来说，原动机的选择是由起重机的总动力源所决定的。 二、回转机构的机械传动装置，一般起减速作用。三、回转机构小齿轮通过和回转支承装置上的大齿圈啮合，以实现回转平台的回转运动。液压油路设计原理图如图2-6所示。图2-6 回转机构液压油路回路图回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。转台的回转由一个大转矩液压马达驱动，它能双向驱动转台回转。通过齿轮、蜗杆机构减速，转台的回转速度为1r/min3 r/min。由于速度较低，惯性较小，一般不设缓冲装置，液压马达的回转由三位六通手动换向阀控制，当三位六通手动换向阀工作在左位或右位时，分别驱动液压马达正向或反向回转。2.6 支腿机构液压油路方案设计 汽车起重机的支腿必需做成可伸缩的。在老式的起重机上支腿的伸缩都是人力的，极为不便。在现代的液压起重机中，支腿的伸缩也是液压传动的。轮胎式起重机支腿从结构特点来分可有下五种型式:一、蛙式支腿式，支腿的伸缩动作是由一个液压缸完成。支腿的运动轨迹，除垂直位移外，在接地时还有水平位移。这水平位移引起摩擦阻力.增大了液压缸的推动力。为减少液压缸的作用力，将液压缸位置抬高。 二、H式支腿，此支腿外伸距离大，每一支腿有两个液压缸，一水平的(或略带倾斜的)，一垂直的支承液压缸，支腿外伸后呈H形。为保证足够的外伸距离，左右支腿相互叉开。H式支腿对地面适应性好，易于调平，广泛采用在中、大型起重机上。三、X式支腿，X式支腿的垂直支承液压缸作用在横梁的中间，横梁直接支承在地面上，这就比H式支腿稳定。但X式支腿离地间隙较小，在打支腿时有水平位移。它与H式支腿常混合应用在起重机上。但H式支腿高度高，影响作业空间。同时，支腿必须与横梁固接，以保证支腿结构体系的稳定。(四)辐射式支腿，主要应用在大型的轮胎式起重机上，由于支腿反力极大，所以车架大梁要做得非常高大。为了减轻车架重量，减少车架变形，将支腿做成辐射式。回转支承装置承受的全部力和力矩直接作用在支腿结构上，而不象通常的那样经过车架大梁传到支腿结构上。(五)铰接式支腿，主要应用在中型起重机上，支腿不一定做成幅射式，但活动支腿部分可以做成铰接摆动式，而不做成伸缩式，用液压缸收拢或伸开。支腿在工作时如同H式支腿，收拢时活动支腿紧靠车架大梁两侧。这种支腿的刚度比H式支腿好，没有因伸缩套筒之间的间隙而引起的车架摆动现象。综合考虑各方面因素，本车采用H式支腿结构比较合理。垂直支腿液压油路设计原理图如图2-7所示。图2-7 下车支腿垂直缸液压油路图水平支腿液压油路设计原理图如图2-8所示。图2-8 下车支腿水平缸液压油路图对于支腿跨距的确定,如下图所示， 轮胎式起重机支腿是前后设置的，并向两侧方向伸出，形成矩形稳定面。由于轮胎式起重机主要在侧方工作，国家系列中又规定了幅度的最小值，故某一吨位起重机的支腿横向跨距不得超过某规定数值，以满足最小有效幅度的要求。但跨距取大了，虽然在起重机工作时稳定性好，但过大的稳定也是不必要的，有时甚至是有害的。因为当超载时，过大的稳定使起重机司机不感到超载的危险，当无自动报警装置时，而有使吊臂损坏的可能。因此，支腿横向跨距选取要适当，原则上是起重机在吊臂强度允许的起重量时，其稳定度达到规定的要求即可。支腿全部外伸时可将起重机作业区域分四块:即右侧方作业区、前方作业区、左侧方作业区和后方作业区。支腿跨距的确定，完全从稳定角度出发。支腿横向外伸跨距的最小值是要保证起重机在正侧方吊重的稳定，也即是在起吊临界起重量时，全部重量的合力将落在支腿中心线上。也就是要使支腿中心连线内、外的力矩处于平衡状态。3 汽车起重机液压元件的选择3 起重机液压系统元件的选择3.1 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主要回路组成。各个回路具有不同的功能、组成和工作特点。3.1.1 起升回路起升回路起到使重物升降的作用。起升回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型汽车起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊单独吊重的方式；对于吊大吨位且要求速度比较高时用主卷扬泵合流吊重的方式；对于吊比较长的物体时用共同吊重的方式。3.1.2 变幅回路绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在起升、回转的重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作性能却大为改善。汽车起重机由于使用了支腿，当重物不超过额定最大起重量一半时，可以带载变幅。3.1.3 伸缩回路伸缩回路可以改变吊臂的长度，从而改变起重机吊重的高度。伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成。根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。汽车起重机的伸缩方式主要有同步伸缩和非同步伸缩两种，同步伸缩就是各节液压缸相对于基本臂同时伸出一样长度。采用这种伸缩方式不仅可以提高臂的伸出效率，而且可以使起重臂的受力状况大大改善，提高起重机的工作性能。伸缩回路只能在起重机吊重之前伸出。3.1.4 回转回路回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。3.1.5 支腿回路支腿回路是用来驱动支腿，伸缩支承整台起重机的自重和起重量。支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸、换向阀和双向液压锁组成。汽车起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。为了使起重机在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。在行驶时收回，工作时外伸撑地。还可以根据地面情况对各支腿分别进行单独调节。3.1.6 控制回路 控制回路是用来液压系统各回路油液流通方向，从而使液压缸、液压马达可不同方向动作。 控制回路主要由换向阀、单向阀，溢流阀，平衡阀组成。 控制回路使系统达到所要求功能，而且还可保证系统平稳、安全运行。3.2 典型工况分析及对系统的要求3.2.1 伸缩机构的作业情况汽车起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构，回转机构；在重物下降定位时常常用到变幅机构。带载伸缩是比较危险的，在实际作业中很少使用，空载伸缩循环仅占基本工况作业循环次数的5，故伸缩及带载伸缩不是典型工况。3.2.2 副臂机构的作业情况大多数汽车起重机都带有副臂，它的作用是增加起重机的最大起升高度。很多大型汽车起重机主臂前都有一个突出滑轮，在副卷扬工作时，顺着滑轮升降副吊钩，副臂单独起吊较小起重量，很少使用。副臂副卷扬与主卷扬进行共同吊重的情况更为少见。本机属于中型起重机，一般不提倡副臂工作，不过它可以增加最大起升高度，用于特殊场合。3.2.3 典型工况的的分析根据各机构的实际作业情况，起重机使用规范，以及很多操作者的实际经验，可确定表3-1的五种工况，作为大中型汽车起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。表3-1 汽车起重机典型工况表序 号工 况一次循环内容特 点1基本臂；额定起重量的80；相应的工作幅度。主卷扬起升回转下降（中间制动一次）起重吨位大，动作单一，很少与回转等机构组合动作2基本臂；额定起重量的80；相应的工作幅度。主卷扬起升回转下降停顿起升回转下降（中间制动一次）主卷扬组合动作主要用于平吊安装或空中翻转3中长臂；中长臂最大额定起重量的1/2；相应的工作幅度。（主卷扬起升回转）变幅下降（起升回转）下降（中间制动一次）起重机在额定起重量的（5060）的作业工况最多4中长臂；中长臂最大额定起重量的1/2；相应的工作幅度。主卷扬起升回转变幅下降停顿起升回转下降（中间制动一次）中长臂中等起重量工况出现机率大，此时平吊安装或空中翻转作业也常用5最长臂；最长臂最大额定起重量的1/2；相应的工作幅度。主卷扬起升回转变幅下降(中间制动一次）很多工况并不是利用汽车起重机起吊吨位大的特点，而是利用它臂长特点起吊小起重量高空作业3.2.4 各种执行元件的选择以上各步完成以后，本机的总体方案也已基本确定，各回路的主要元件也可初步确定了。1、动力元件:齿轮泵（三联）2、执行元件:起升马达、回转马达、变幅油缸、伸缩油缸、支腿水平油缸、支腿垂直油缸、卷筒制动油缸3、控制元件:单向阀、顺序阀、换向阀、溢流阀、平衡阀、梭阀、节流阀、双向液压锁等4、辅助装置:油箱、 滤油器、软管、硬管、管接头、中心回转接头4 起重机各液压回路组成原理和性能分析4 起重机各液压回路组成原理和性能分析 4.1 汽车起重机典型液压系统原理图图4-1 汽车起重机典型液压系统原理图1-三联齿轮泵 2-中心回转头 3-油箱 4-支腿控制阀 5-转阀 6-支腿水平缸 7-支腿垂直缸8-液压锁 9-回油过滤器 10-顺序阀 11-组合阀 12-蓄能器 13-操纵阀 14-多路换向阀 15-溢流阀16-回转马达 17-伸缩臂液压缸 18、20、22-平衡阀 19-变幅液压缸 21-起升马达 23-梭阀24-制动器液压缸 25-离合器液压缸 26-单向节流阀 2734-管道4.2 起升回路4.2.1 性能要求要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下落问题，即二次下降问题。4.2.2 主要元件泵1.2、液压马达21、平衡阀22、安全阀14.7、单向阀、制动液压缸24、离合液压缸25、单向节流阀26、五位六通换向阀14.64.2.3 实现功能和工作原理起升回路的主要功能是使被起吊的重物上升或下降，也就是使起升液压马达21正转或反转。起升回路的能源是泵1.2。 泵1.2排出的油经中心回转接头2、管路32和单向阀到达换向阀14.6。换向阀14.6是一个五位六通换向阀。当阀14.6处于中位时，来自泵1.2的油经阀14.6、经管路流回油箱。来自泵1.3的油经阀14.2中位、阀14.4中位、阀14.5中位和阀14.6中位，也回油箱。当阀14.6的位置置于上位一档工作时，泵1.3的油从阀14.5的中位排出后，经阀14.6、经管路流回油箱。泵1.2的油经阀14.6、管路、阀22中的单向阀进入液压马达21的油口A，此进时液压马达低速转动，对应的工况是重物上升。油口B的油经阀14.6、经管路流回油箱。当阀14.6的位置置于下位一档工作时，来自泵1.3的油经阀14.6、经管路流回油箱，泵1.2的油经阀14.6、管路，进入液压马达21的油口B，同时打开阀22中的液控顺序阀，此时液压马达21低速转动，对应的工况是重物下降。油口A的油经阀22中的顺序阀、阀14.6、经管路流回油箱。若重物超速下行，即液压马达21超速旋转时，管路中的压力降低，阀22中顺序阀的开口减小，从而可限制液压马达21超速。当阀14.6的位置置于上位二档或下位二档时，因泵1.3的接入，重物升