150吨汽车起重机上车液压系统设计毕业论文
2020-02-19 07:02
摘 要
当今中国的经济发展迅速，国家越来越多地投入各种基础性建设，工程机械一直都是基础建设不可或缺的一部分。而工程机械中的汽车式起重机发展尤为迅速，它在港口，冶金、港口交通运输、机场等工作区域发挥了极其重要的作用。和大部分起重机不同，汽车起重机操纵作业比较全面，对工作环境要求低，而且其液压回路的控制便于实现和操作。本文通过对150t汽车起重机上车部分液压系统的分析，设计了双泵通过五位六通换向阀进行起升多级调速。还设有平衡阀防止超速下降、交替逆止阀和制动缸进行制动和不同工况的高度和幅度的控制。并进行了对主要元件的参数计算和选型。加大对汽车起重机的研究，对于我国工程机械的发展和国家的经济是很有意义的。
关键词：汽车起重机、上车液压系统设计、平衡阀、多级调速
Abstract
Nowadays, with the rapid economic development in China, more and more countries are investing in various basic construction. Construction machinery has always been an indispensable part of infrastructure construction. The development of truck crane in construction machinery is particularly rapid. It plays an extremely important role in ports, metallurgy, port transportation, airports and other work areas. Unlike most cranes, truck cranes operate more comprehensively, require less working environment, and their hydraulic circuit control is easy to realize and operate. Based on the analysis of the hydraulic system of the loading part of 150 t truck crane, this paper designs the multistage speed regulation of double pumps through five-position six-way reversing valve. There are also balancing valves to prevent over-speed drop, alternating backstop valves and brake cylinders for braking and height and amplitude control under different working conditions. The parameters of the main components are calculated and selected. Increasing the research on truck cranes is of great significance to the development of construction machinery in China and the national economy.
Key Words：truck crane ;design of hydraulic system for boarding;balance valve;
multistage speed regulation
目录
第1章 绪论 1
1.1汽车起重机概述 1
1.2国外研究现状和发展 1
1.2.1国外汽车起重机发展状况 1
1.2.2国外汽车起重机发展趋势 2
1.3国内研究现状和发展 2
1.3.1国内汽车起重机发展状况 2
1.3.2国内汽车起重机发展趋势 3
1.4研究内容、目的及意义 3
第2章 汽车起重机上车液压系统设计要求 4
2.1汽车起重机上车液压系统组成 4
2.1.1起升机构液压回路： 4
2.1.2伸缩机构液压回路： 4
2.1.3变幅机构液压回路： 4
2.1.4回转机构液压回路： 4
2.2汽车起重机整机主要技术参数 4
2.3汽车起重机典型工况分析 5
2.3.1典型工况的准则 5
2.3.2典型工况的确定 5
表2-2典型工况图 6
2.4汽车起重机对液压系统的要求 6
2.4.1起升机构液压回路 6
2.4.2回转机构液压回路 6
2.4.3变幅机构回路 6
2.4.4伸缩机构变幅回路 6
2.4.5控制回路 7
2.5汽车起重机上车各机构的组合与分配 7
2.5.1各机构组合情况 7
2.5.2各机构动力分布情况 7
第3章150t汽车起重机液压系统总体设计 7
3.1执行元件的负载和速度分析 7
3.1.1起升机构液压马达 8
3.1.2回转机构液压马达 8
3.1.3变幅机构液压缸 9
3.1.4伸缩机构液压缸 10
3.2系统主要参数的确定 10
3.2.1系统工作压力的确定 10
3.2.2起升液压马达主要参数的确定 10
3.2.3回转液压马达主要参数的确定 11
3.2.4变幅液压缸主要参数的确定 11
3.2.5伸缩液压缸主要参数的确定 12
3.3汽车起重机上车液压系统的基本回路设计 13
3.3.1起升回路设计 13
3.3.2回转回路设计 13
3.3.3变幅回路设计 14
3.3.4伸缩回路设计 15
3.4汽车起重机上车系统液压原理图 15
3.4.1系统形式的确定 15
3.4.2系统各功能设计 16
3.4.3起重机上车部分液压系统总原理图 16
第4章 液压系统元件选型 18
4.1液压马达的选择 18
4.1.1起升机构液压马达的选型 18
4.1.2回转液压马达的选择 18
4.2液压泵的选择 18
4.3液压缸的选择 19
4.3.1液压缸壁厚和的计算和校核 19
4.3.2液压缸安装距的确定 19
4.3.3最小导向长度的确定 20
4.3.4液压缸稳定性的校核 20
4.3.5液压缸选型 21
4.4管路选择 21
4.5滤油器选择 22
4.6油箱有效容积的确定 22
第5章 技术和经济性分析 23
总 结 24
参考文献 25
致 谢 26
绪论
1.1汽车起重机概述
汽车起重机属于工程机械的一种，是在汽车底盘上装有能进行起升作业装备的一种起重机，广泛用于港口、机场、等交通运输行业。汽车起重机分为上车部分和下车部分，上车部分包括起升、回转、变幅、伸缩机构；下车部分包括支腿和行走机构。其驾驶室和操纵室并不设立在一起，这样行走和作业操作都比较方便。这种起重机机动性好，可以适应很多工作地点，作业范围也比较广泛。有所欠缺是工作时需要放下支腿进行支撑，不能在地质比较松软的地方运作，也不能负荷行驶。汽车起重机的底盘性能不比同样自重的大型汽车差，所以可以在公路上正常行驶，抵达工作地点。
汽车起重机虽然只是众多种类起重机的一种，但其本身也分很多种类，主要是以起重量分类。汽车起重机还可以根据支腿形式、传动装置形式、回转范围、吊臂结构形式等来进行分类。
1.2国外研究现状和发展
1.2.1国外汽车起重机发展状况
目前世界上生产汽车起重机的公司比较多，但是比较出名的企业主要都分布在日本以及欧美等国家，至今销量已达上万台。多品种生产，标准化程度高和一机多用是国外起重机发展的主要特点。
从近几年欧洲起重机市场的产品来看，其产品主要特点为：
（1）全地面式起重机是当前市场的主流；
（2）大吨位起重机市场比较大；
（3）技术优势比较领先，其研究水平处于国际领先水平；
（4）专用配套件多。
从近几年欧美和东亚起重机市场的产品来看，其产品主要特点有：
（1）越野汽车起重机越来越受到广大客户的青睐，汽车起重机还是中规中矩，而全路式起重机逐渐被市场淘汰；
（2）生产范围广泛，主要是中大型起重机；
（3）注重产品的实践性和经济效益。在确保最大化发挥产品的性能前提下，尽量选用市场上流通性较好的配件，并不一味追求技术，使产品最大经济效益化。
就目前情况而言，国外的汽车起重机的研究技术、企业规模、生产量相比较国内都处于十分领先的地位。又因为汽车起重机行业目前是处于供大于求的情况，国外汽车起重机企业不断在液压技术和电子技术上进行创新和升华，追求用最少的成本去实现高性能的转换。在生产制造中不断优化设计，基本上使用自动化设备和实现生产机械自动化。这些外部环境的刺激和国外不断追求改革创新的氛围使得国外起重机行业能够一直屹立不倒。
1.2.2国外汽车起重机发展趋势
（1）设计、制造的计算机化、自动化
近些年来，由于电子计算机技术的跳跃性发展，其已渗透到各行各业，许多国外起重机企业也不断地融合电子计算机技术，开始研发出起重机模块化设计的高端技术。这场设计的创新改革，使得起重机产品更新换代。从而起重机的改进和设计只需对模块进行改进和整合，对于整个汽车起重机行业的制造和售后是一个飞跃的进步。
（2）起重机控制元件的革新与应用
起重机的控制防撞系统变得更加智能化、稳定化。防撞系统应用无线电信号进行检测，一旦发现起重机前端方向有危险障碍物，系统便会感应到无线电信号，从而及时实施有效的措施，可以使起重机可以快速制动和避免安全事故。
（3）新材料、新工艺的应用
由于工业上的技术创新和发展，和以前对比，现在能用同样的本钱获得等量的但质量却更好的钢材，从而汽车起重机制造行业能够大幅度减少钢材用量来承受负载，各种设备中量取得突破性的减量，制造成本也随之坚守。汽车起重机也会因为工业材料的不断改善而走向更轻性能却更好的方向发展。
1.3国内研究现状和发展
1.3.1国内汽车起重机发展状况
我国汽车起重机的发展要追溯到上个世纪新中国成立之后的工业化时代，最开始的时候是通过引进国外的技术和购买关键性配件来研制最基础的5t机械式汽车起重机。然后在我国对液压技术有了学习和借鉴之后，开始研制和生产12t以下的小型液压汽车起重机。随着改革开放的春风不断吹拂，我国积极地向国外优秀地起重机企业学习和反思，终于能够开始研制大吨位汽车起重机，并且取得了飞速的进步和跨越性的质变。
中国庞大的经济体系和急需发展的愿景，这些因素都强而有力地推进着我国汽车起重机行业不断进行技术创新和自我研发的进步，近几年来我国起重机行业逐渐接近甚至达到国际的先进水平，在部分领域有着自己的技术领先。而且，国内也不断涌现出敢拼敢闯的起重机新兴企业，其中杰出的代表有徐州重工。经过多年的刻苦专研和不懈的努力，以及大量优秀人才的涌入，徐州重工拥有了属于自己特色的比较完善的研发机构，在技术上实现了独立自主。尽管在某些方面与国际水平有些差距，但是中国起重机企业像是蓬勃的朝阳，拥有着无限的潜力和能量，超越国外发达国家的时期近在咫尺。
1.3.2国内汽车起重机发展趋势
近年来，我国的建筑、运输、大型石油、化工、冶炼等行业发展十分迅速，其工作的规模和作业量以及最大起重量不断上升，这些都需要功率更大的汽车起重机来进行维持。中国的各行各业也在取得日新月异的进步，各种新型技术、新材料和经济效益更高的新工艺的涌现，使得起重机也随之飞速发展，在各个方面都有突破。目前国内起重机的发展趋势总的来说有以下几个方面：
1）提高起重机的起重量
2）液压技术逐渐发展和被应用
3）采用新技术、新材料、新结构、新工艺
4）功能多样化，扩大工作范围
1.4研究内容、目的及意义
150t汽车起重机是工程机械中一款大型汽车起重机。本次毕业设计主要是设计一个能满足大吨位起重的汽车起重机上车液压系统，从而高效地进行作业。首先需要对起重机上车部分进行机构分析和掌握其工作性能和要求，然后设计出能够符合多级调速、防止超速下降、缓慢制动要求的液压回路，最后在进行选型计算和零件装配图的制作。
本次设计的汽车起重机上车液压系统是为了能够满足国内基础性建设的需求，充分结合国内外的领先技术，实现高效的经济效益转换。
汽车起重机上车液压系统设计要求
2.1汽车起重机上车液压系统组成
汽车起重机上车液压系统主要由以下四个基本回路组成：
2.1.1起升机构液压回路：
汽车起重机起升机构主要由液压马达和卷筒组成，它是通过液压泵供油给液压马达，驱动卷筒进行旋转，通过钢丝绳实现重物的在空中的升降作业，并可使重物停滞在半空中，以便进行装卸和安装作业。起升回路应具有调速功能，以便满足起重量和各种速度的需求。起升机构对安全性能要求高，不仅需要马达自身的制动，应增加安全可靠的机械制动。
2.1.2伸缩机构液压回路：
汽车起重机伸缩机构主要由基本臂、活动伸缩臂和伸缩液压缸组成。伸缩臂在基本臂内，并且可以相对基本臂进行移动，当起重机作业为满足不同工况时。在起重机部工作状态，整个臂缩的最短，便于起重机转场。在工作状态中伸缩机构承受了很大的负载，如果没有相关限制措施不能够随意伸缩。这些都需要伸缩液压回路进行设计控制。
2.1.3变幅机构液压回路：
汽车起重机变幅机构的重心就是变幅液压缸，通过缸活塞的不同位置来满足吊重作业的不同位置的吊点。变幅机构是一个重力系统，在重物下降个过程中会产生超速现象，在下降油路中应设有限速装置在作业的时候臂不同产生由自重导致的自身沉降，否则会使工作幅度增加，影响整机的稳定性。在系统换向阀处于中位时，变幅缸自身虽然能做到不泄露，但是在通过换向阀时应该禁止液压油的泄露。
2.1.4回转机构液压回路：
为了增大作业范围，使重物能够实现水平面的移动，汽车起重机应设有回转机构。回转机构主要通过液压马达驱动齿轮来实现上车机构和下车的相对回转运动。回转机构启动和制动过程惯性负载很大，极大地影响了回转机构的运动性能。而且回转运动在起重机作业循环中占了很大的比例，所以合理设计回转液压回路，提高工作效率很有意义。
2.2汽车起重机整机主要技术参数
下表2-1为汽车起重机主要技术参数：
最大额定起重量 |
| |
满载起升速度 |
| |
回转机构速度 |
| |
变幅时间 | 起臂 |
|
落臂 |
| |
吊臂伸缩时间 | 伸臂 |
|
缩臂 |
| |
最大起升高度 |
| |
基本臂最大起重力矩 |
| |
最长主臂起重力矩 |
| |
表 2-1起重机主要参数表
2.3汽车起重机典型工况分析
2.3.1典型工况的准则
汽车起重机的工况如果要细分的化有很多。在此，可以遵循以下几条准则：
- 代表性，一定范围内相似的作业工况可以归结为一种工况；
- 范围广，很多操作者都会遇到的工况；
- 频率高，典型工况应该是日常作业中经常遇到的，偶尔特殊情况下的工况应该排除在外，比如带载伸缩这种危险且少见的工况。
2.3.2典型工况的确定
汽车起重机上车部分一般很少有复合工况工作的情况，正常工作时都是逐个进行顺序运转，较多且较常见的复合工况为起升和旋转机构之间同时运作。
根据以上原则，确定以下三种经典工况，如表2-2。在之后的液压系统设计中要求各回路满足以下经典工况即可。
表2-2典型工况图
