汽車起重機伸縮臂系統(tǒng)綜述

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. 論文 論文題目：汽車起重機伸縮臂系統(tǒng)綜述 姓 名 學(xué) 號 學(xué) 院 班 級 專 業(yè) 汽車起重機伸縮臂系統(tǒng)綜述 摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)力度正逐漸加大，道路交通，機場，港口，水利水電，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。汽車起重機為安裝在標(biāo)準(zhǔn)式或特制汽車底盤上的起重設(shè)備。而臂架是起重機的主要承載構(gòu)件。起重機通過臂架直接吊載，實現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。臂架的強度決定了最大起重量時整機起重性能，其自重直接影響整機傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，將直接影響整機的性能，如整機重量、整機重心高度和整機穩(wěn)定性等。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，這對提高整機質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性具有很大的現(xiàn)實意義。針對徐工50t汽車起重機伸縮機構(gòu)的分析和研究，從而改進(jìn)汽車起重機的整機性能，降低成本，同時提高了起重機的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟(jì)性。目前伸縮臂機構(gòu)有兩種形式，繩排系統(tǒng)和單缸插銷式。繩排系統(tǒng)在中國已經(jīng)應(yīng)用的比較成熟，也是一種歷史比較悠久的技術(shù)。此技術(shù)的優(yōu)點是臂長變化容易、工作臂長種類多、可以帶載伸縮、實用性很強，缺點是自重重、對整機穩(wěn)定性的影響較大。 關(guān)鍵詞：伸縮臂；液壓缸；臂架結(jié)構(gòu) Abstract：Boom is the main host of crane components. Directly through the jib crane hanging load, to achieve great height and range operations. Arm strength determines the maximum time from the weight lifting machine performance, its weight directly affect the machine overturning stability, structural design and therefore merits of boom, will directly affect the overall performance, such as the weight of the whole machine center of gravity height and machine stability. Thus, to ensure safe working conditions of boom to minimize the weight of boom, which improves overall quality and economy of great practical significance. Keywords：Telescopic boom; hydraulic cylinder; Structure of boom . 1.1 QY40全液壓起重機主要技術(shù)參數(shù) 整機主要性能參數(shù) 最大起重量*幅度 40t*3m 最大起升高度 46 m 滑輪組倍率 11 主臂長 11-33.5m（4節(jié)） 主臂全程伸縮時間 162Sec 主臂變幅范圍 -2-80degree 主臂變幅時間 60Sec 主卷揚單繩速度 0-110 m/min 副卷揚單繩速度 >40 m/min M最大起升力矩 1401 kN.m 最大回轉(zhuǎn)速度 0-2.0 r/min 最高行駛速度 68 km/h 最大爬坡度 37% 最小轉(zhuǎn)彎半徑 12m 行駛狀態(tài)總重 37.51t 外形尺寸 13.652.753.46m 支腿距離(縱向橫向) 5.456.2m 上車空冷發(fā)動機 斯太爾WD615.61 最大功率 191KW（2600rpm） 最大扭矩 828Nm(1600rpm) 1.2 起重機的技術(shù)參數(shù)表征起重機的作業(yè)能力，汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。這些參數(shù)表名起重機工作性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是設(shè)計起重機的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)使用中選擇起重機技術(shù)性能的依據(jù)。 （1）起重量 起重機起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以Q表示，單位為kg或t。起重機的起重參數(shù)通常是以額定起重量表示的。所謂額定起重量是指起重機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。帶有吊鉤的起重機的額定起重量不包括吊鉤和滑輪組的自重。 汽車式起重機的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個基本作業(yè)方位）不同而有所變化。汽車式起重機的額定起重量還分支腿全伸、不用支腿吊臂行駛3種情況。起重機吊重行使時，起重臂必須前置。起重機不用支腿作業(yè)和吊重行使時的額定起重量決定于輪胎、車橋（或輪對轉(zhuǎn)向架）的承載能力。 （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。如果取物裝置能下落到地面或軌面以下，從地面或軌面至取物裝置最低下放位置間的鉛垂距離稱為下放深度。此時總起升高度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。 由于汽車式起重機的起升高度隨著臂架仰角和臂架長度變化，在各種臂長和不同臂架仰角時可得相應(yīng)的起升高度曲線。汽車式起重機起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。在確定起升高度時，應(yīng)考慮配屬的吊具、路基和汽車高度保證起重機能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。 汽車式起重機的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機作業(yè)要求和起重機總體設(shè)計的合理性綜合考慮。 （3）幅度 旋轉(zhuǎn)臂架式起重機處于水平位置時，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）。幅度的最小值Rmax和最大值Rmin根據(jù)作業(yè)要求而定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機機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。 汽車式起重機有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于側(cè)向最小幅度時，取物裝置中心鉛垂線至該側(cè)兩支腿中心連線的水平距離，它表示汽車式起重機在最小幅度時工作的可能性。汽車式起重機的幅度R。 （4）起重力矩 起重力矩是臂架類起重機主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它等于額定起重量Q和其相對應(yīng)的工作幅度R的乘積，即M=QR，起重力矩一般用tm為單位。 伸縮回路 伸縮回路如圖3.4所示： 圖3.4伸縮回路 此伸縮回路采用電磁液動閥組來控制各臂的伸縮，除了不能同步伸縮外，其他的伸縮方式都可以。 3.3.1性能要求 起、制動平穩(wěn)，各缸應(yīng)具有一定的伸縮選擇性能； 3.3.2主要元件 單向定量泵（4與變幅、支腿回路共用）、電液比例換向閥（24）、二位六通轉(zhuǎn)閥（23）、缸（25、26、27）、電磁-液控組閥（30、31）、平衡閥（29）、單向閥組（28） 3.3.3主要回路 缸25、26、27伸出、縮回油路，控制油路 3.3.4功能實現(xiàn)和工作原理 (1) 缸25伸出 A）控制回路 35-1（常） 35-4（下位） （向伸縮臂油路通油） 37-2（右移） 電流 24（右）油 油箱 （24左移） 23右轉(zhuǎn) （切換成伸縮狀態(tài)） B）主油路 4 35-4（下位） 24（右） 23（左）B 25 30-1（上） 29-1（開） 25（無桿腔） （缸25伸出） 25（無桿腔）A 23（左） 24（右） 油箱 （回油） (2)缸25縮回 A）控制回路 35-1（常） 35-4（下位） （向伸縮臂油路通油） 37-1（左移）電流 24（左）油 油箱 （24右移） 23右轉(zhuǎn) （切換成伸縮狀態(tài)） B）主油路 4 35-4（下位） 24（左） 23（左）A 25（有桿腔） （縮回） 25(無) 29-1(開) 30-1(上) 25 B 23(左) 24(左) 油箱 （回油） (3)缸26伸出 A）控制回路 35-1（常） 35-4（下位） （向伸縮臂油路通油） 37-2（右移 電流 24（右）油 油箱 （24左移） 23右轉(zhuǎn) （切換成伸縮狀態(tài)） DF5（+） 30-2（上位） 30-1（下位） （連通缸26油路） B）主油路 4 35-4(下位) 24(右) 23(左)B 25 30-1(下) B′31-1(上) 29-2（開） 26 （無桿腔） （缸26伸出） 26(有桿腔) 25(有桿腔) B 23(左) 24(右) 油箱 (回油) (4)缸26縮回 A)控制回路 37-1（左移）電流 24（左）油 油箱 （24右移） 其它的跟伸出相同 B）主油路 4 35-4(下) 24(左) 23(左)A 25(有桿腔)A′ 2 6(有桿腔) (26縮回) 26(無桿腔) 29-2（開） 31-1(上) 26 B′ 30-1(下) 25 B 23（左） 24（左） 油箱 （回油） (5)缸27伸出 A）控制油路 DF6（+） 31-1（下位） 其它的跟缸26伸出控制一樣 B）主油路 跟缸26伸出相似 (6)缸27縮回 2.2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，除受有整體強度、剛度、穩(wěn)定性的約束限制外，主要受局部穩(wěn)定性約束。因此采用何種截面形式使吊臂的自重較小、材料的利用充分，是伸縮式吊臂設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。 以下是目前伸縮式吊臂常見的截面形式(如圖2.2所示): 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。 其中，矩形截面是由翼緣板和腹板焊接而成的，它是目前輪式起重機伸縮臂中用得最多的截面形式。與其他截面形式相比，矩形截面的制造工藝簡單，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。 梯形截面的上翼緣板窄，下翼緣板寬，截面中性層靠下能發(fā)揮上翼緣板的機械性能，提高腹板的穩(wěn)定性，前部滑塊可接近腹板布置，后部滑塊傳遞給上翼緣板的集中力，因上翼緣板窄，產(chǎn)生的彎曲力矩減小。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)向支承裝置，這是梯形截面的缺點。 倒置梯形的下翼緣板窄，上翼緣板寬，對提高下翼緣板的局部穩(wěn)定性很有好處，材料能得到充分利用，且和梯形截面一樣，具有較大的橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，倒置梯形伸縮臂對安裝變幅油缸較為有利，但是這種截面對上翼緣板的局部彎曲和腹板的穩(wěn)定性不是很有利，亦需設(shè)側(cè)向支承。 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。八邊形和大圓角矩形截面的下翼緣板和腹板的實際計算寬度較小，有利于提高抗失穩(wěn)的能力。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)揮材料機械性能，減輕結(jié)構(gòu)自重。對大噸位輪式起重機采用這種截面形式是合適的。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)用會逐漸增多。 LIEB班RR的LTM1300起重臂的截面采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量優(yōu)化，抗扭性能顯著，具有固有的獨特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。DEMAG也使用橢圓形吊臂截面形式。GROVE和TADANO采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計橫向和縱向加筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO采用四邊形截面，也采用加勁筋解決腹板的抗屈曲能力。大圓弧六邊形截面在國內(nèi)己廣泛使用，泰起在其新品QY50A上也首次使用，其它廠家目前還在使用四邊形截面。目前，橢圓形起重臂的技術(shù)代表最高水平，其優(yōu)勢很明顯，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，提高起重機的起重能力。但是截面的成型難度大，生產(chǎn)周期長。 3.1國內(nèi)外主要廠家 國內(nèi)最大的汽車起重機生產(chǎn)廠是徐工。還有中聯(lián)重工、三一重工等。 國外著名的汽車起重機生產(chǎn)廠是德國的利勃海爾、美國的特雷克斯等 利勃海爾家族企業(yè)由漢斯利勃海爾在1949年建立。公司的第一臺移動式、易裝配、價格適中的塔式起重機獲得巨大的成功，成為公司蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)。今天，利勃海爾不僅是世界建筑機械的領(lǐng)先制造商之一，它還是其他許多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新用戶導(dǎo)向產(chǎn)品與服務(wù)的客戶認(rèn)可供應(yīng)商。多年以來，家族企業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為目前的公司集團(tuán)，擁有大約 26000 名員工，在各大洲建立起 100 余家公司。 4.國內(nèi)外汽車起重機發(fā)展概況及趨勢 汽車起重機發(fā)展趨勢 國內(nèi)發(fā)展趨勢 　　中國的汽車式起重機的生產(chǎn)企業(yè)要想在本領(lǐng)域生存與發(fā)展，需要做的事情還很多，由于市場需求的增大，也要求生產(chǎn)企業(yè)不斷創(chuàng)新，在保證起重機性能的基礎(chǔ)上還要不斷開發(fā)出更大噸位的新產(chǎn)品，滿足市場的需求。只有這樣才能從市場中獲得養(yǎng)分和活力使自己生存，在生存中發(fā)展，在發(fā)展中壯大。 　　主要的發(fā)展趨勢應(yīng)該有以下幾點： 　　擴大產(chǎn)品的品種 　　在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)建立完善的產(chǎn)品研究和開發(fā)體系，使產(chǎn)品系列化，品種齊全，要形成大中小完整系列，增多產(chǎn)品數(shù)量，使生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴展。 　　增大起重力矩 　　目前中國生產(chǎn)的汽車式起重機大多是50噸以下的中小噸位的起重機，大噸位生產(chǎn)的很少，而， 　　隨著社會的發(fā)展，對機動靈活的大型起重機械的需求越來越大，這都是汽車式起重機發(fā)展的養(yǎng)分， 　　所以增大其中力矩迫在眉睫。 　　增加起重機功能 　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用戶對汽車式起重機的使用上的要求越來越多，希望能夠一機多用，已經(jīng)不僅僅是在搬運重物時使用，而是滿足在不同環(huán)境和工種的使用，這些都為未來發(fā)展 　　找清了方向。 　　全力打造自己的品牌 　　目前中國的汽車起重機生產(chǎn)企業(yè)，缺少自己的專業(yè)研究人員和開發(fā)隊伍，而是去模仿別人生 　　產(chǎn)的成品，沒有發(fā)展方向和競爭力。未來經(jīng)濟(jì)的全球化以及由此引發(fā)的一系列問題，使得競爭手段從傳統(tǒng)的產(chǎn)品，價格等層次轉(zhuǎn)嫁到品牌的競爭上來。所以各大汽車式生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該努力打造自己的品牌，從而使自己發(fā)展壯大。 　　開創(chuàng)自我空間占領(lǐng)市場 　　中國的各大汽車式起重機生產(chǎn)企業(yè)要不斷創(chuàng)新，大膽進(jìn)行運行急智的改革，面向市場，結(jié)構(gòu) 　　優(yōu)化，人員重組，引進(jìn)設(shè)備，進(jìn)行刻苦的技術(shù)研發(fā)，在不斷完善自我的前提下，占領(lǐng)市場。 國外發(fā)展趨勢 　　設(shè)計、制造的計算機化、自動化 　　近年來，隨著電子計算機的廣泛應(yīng)用， 許多國外起重機制造商從應(yīng)用起重機輔助設(shè)計系統(tǒng)（CAD），提高到應(yīng)用計算機進(jìn)行起重機的模塊設(shè)計。起重機采用模塊單元化設(shè)計，不僅是一種設(shè)計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進(jìn)，只需更改幾個模塊；設(shè)計新的起重機只需新的不同模塊進(jìn)行組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品，改成相對批量的模塊生產(chǎn)，能使較少的模塊形式，組合成不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增強了競爭力。 　　起重機控制元件的革新與應(yīng)用 　　起重機的定位精度是對起重機的重要要求，多數(shù)采用轉(zhuǎn)角碼盤，齒輪鏈，激光頭與鋼板孔帶來保證，定位精度通常為3㎜，高于1mm的精度需另加定位系統(tǒng)。在起重機起升速度和制動器方面的改進(jìn)，則使用低速運行的起重機吊鉤精確定位，起重機的剎車系統(tǒng)也應(yīng)用微處理進(jìn)行控制和監(jiān)視工作。 　　遙控系統(tǒng)用于汽車式起重機及其他移動式起重機械，這種系統(tǒng)包括在控制者身上的控制器，和安裝在起重機上的接收器 ，控制器具有電磁輻射發(fā)生器，接收器與作用在起重機傳動裝置的操縱機械的轉(zhuǎn)換部分相連。遙控器的使用不僅節(jié)省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作條件有所改善。 　　起重機的距離檢測防撞裝置，采用無線電信號型的防撞裝置，防撞系統(tǒng)由三相系統(tǒng)組成，用來監(jiān)控起重機前端行使距離，一般首先發(fā)出信號警示，接著將大車車速減小到50%，最后切斷電機電源，將大車制動。 新材料、新工藝的應(yīng)用 　　由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，鋼材質(zhì)量得以提高，在設(shè)計起重機主梁強度時，可使用較高的許用應(yīng)力，而不需要較高的安全系數(shù)，以便減少起重機材料用量，從而降低設(shè)備的重量和價格，起重機配套的零部件如萬達(dá)回轉(zhuǎn)支承的制造也得益于新材料的不斷產(chǎn)生，使得起重機向更輕，更好的方向發(fā)展。 　　在機加工方面，大量采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件見多，加工設(shè)備大量采用高精度，高效的加工中心，數(shù)控自動機床等，及保證了質(zhì)量，又提高了勞動生產(chǎn)率，降低了成本，同時在機械線使用機械代替人工操作如焊接機械手和配用機械手等。 　　國外起重機的未來發(fā)展之路是走向?qū)I(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化，和系列化，只有這樣才能最快的制造和裝配出品種多樣化的產(chǎn)品。 5.伸縮臂結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀 伸縮臂作為輪式起重機的主要受力構(gòu)件，其重量一般占整機的13%~20%，而其在大型起重機的重量中所占的比例則更大。因此，伸縮臂的性能對大噸位輪式起重機在大幅度、高起升高度情況下性能的影響至關(guān)重要，而伸縮臂的關(guān)鍵技術(shù)在于伸縮機構(gòu)的形式和臂架截面形式。 目前我國生產(chǎn)的輪式起重機以中、小噸位為主，普遍采用伸縮油缸加繩排的伸縮機構(gòu)的形式，只是在細(xì)節(jié)上各具特點。該伸縮機構(gòu)的特點是最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末節(jié)伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機在大幅度下的起重性能。同時采用該形式的起重機在五節(jié)以上伸縮臂應(yīng)用時難度較大。西方發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)50噸以上的中、大噸位輪式起重機時，普遍采用單缸插銷形式的伸縮機構(gòu)。該形式伸縮機構(gòu)的采用大幅度提高了起重機的起重性能。 參 考 文 獻(xiàn) [1]張志文.起重機設(shè)計手冊.北京：中國鐵道出版社，1997. 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