吊臂系统箱形吊臂伸缩机构类型.docx

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吊臂系统箱形吊臂伸缩机构类型

吊臂系统——箱形吊臂伸缩机构类型

吊臂是起重机的重要组成部分,随着起重机的发展,不论从结构上、材质上,还是在类型上,都有了很大的发展和变化。

从结构上划分,吊臂系统可以分为两大类:

一种是以轮胎式起重机上常用的液压油缸伸缩为动力带动箱型吊臂自动伸缩的箱形伸缩吊臂,另一种是采用角钢或钢管制成的衍架式吊臂。

       近几年来,起重臂的材质发展得较快。

箱形伸缩吊臂要求重量轻,抗弯曲力高,形状以椭圆或方形常见。

析架式吊臂随着起重机吨位的增加,钢材质量也不断提高,不但抗拉、抗弯曲强,而且在结构上也有所改进。

为了运输方便,近几年出产的析架式吊臂设计成可以相互套在里面,以减少运输车辆。

       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,即按驱动形式不同,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,分为液压、液压一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上级吊臂的伸缩。

通常,n节吊臂则相应要有n-1个液压缸一活塞组。

相邻的三节臂伸缩机构为了减轻重量,还可以利用吊臂之间伸缩比例关系,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,这就形成了液压一机械驱动形式。

液压一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,但伸缩机构本身的重量毕竟减少了起重量,降低了使用性能,所以在某些情况下可以取消伸缩机构,代之以人力驱动或采用挺杆、绳索等器件,而辅之以人工安装插销等方法伸缩吊臂。

显然,这种情况只能是在非工作状态下进行吊臂的有级伸缩。

       对于具有三节或三节以上的吊臂来讲,各节臂的伸缩次序关系可以有不同的选择,大致可分为两类。

一、顺序伸缩

       指吊臂在伸缩过程中,各节伸缩臂必须按一定先后顺序完成伸缩动作。

为使各节伸缩臂伸出后的载荷与起重量特性相适应,大多数机构是按下图1所示顺序阳（即2一3一4的顺序）伸出,并按相反的顺序（即4一3一2的顺序）缩回。

下面介绍实现上述伸缩顺序的几种方案。

       上图2是利用各液压缸有效面积差控制伸缩顺序的一种方案。

这里,各液压缸的活塞腔是联通的,各液压缸的活塞杆腔也是联通的。

显然,液压缸的伸缩顺序将取决于各腔的有效面积成及各缸的伸缩阻力。

图中平衡阀K1可以保证吊臂在载荷下平稳收缩,同时还可以防止因漏损或管道破裂而造成的吊臂回缩。

吊臂有回缩时,由于自重和滑动阻力变化等因素的影响,可能破坏预定的顺序。

为了避免这种情况,在设计平衡阀的开启压力时,应当是K1最大,K3最小。

另外,为了避免将液压缸I做得太粗,有时将它做成两个细液压缸,当吊臂内空间不够时,可把它们分置于基本臂外侧。

       下图1是用单向顺序阀控制顺序的一种方案。

搬动阀S,使A与P连通,同时B与O也接通,此时液压缸I伸出。

液压缸I伸到位后,随着活塞腔中油压力的升高,阀S1被打开,于是液压缸Ⅱ开始伸出。

液压缸Ⅱ伸到位后,油压继续升高,阀S2也开启,于是液压缸Ⅲ开始伸出。

该机构缩回过程同前一方案。

与前一方案比较,此方案对油缸面积无特殊要求,有利于减轻机构自重。

图中双单向阀的设置,省去了两根回油软管和软管卷筒。

       上图2是用电液换向阀控制顺序的一种方案。

搬动阀S,连通A和P,同时B和O也被接通。

于是压力油经阀Cl、Kl进到液压缸I活塞腔,液压缸I开始伸出。

若阀Cl也换位,则压力油改道上行,经阀C2、K2进入液压缸Ⅱ,于是液压缸Ⅱ开始伸出。

若阀C2也换位,则压力油二次改道上行,进入液压缸Ⅲ,于是液压缸Ⅲ伸出口此时,若搬动阀S,使B和P接通,而A和O接通,则压力油将同时进入3个液压缸的活塞杆腔。

只要C1和C2不回原位系只有液压缸Ⅲ与回油路联通。

此时液压缸Ⅲ先回缩。

若C2回位,则液压缸Ⅲ停动,而液压缸Ⅱ开始回缩。

此时若C1也回位,则液压缸Ⅱ也停动,液压缸I开始回缩。

与前述方案比较,该系统多了两个电液换向阀,从而需要设置电线和电线卷筒。

但是该方案的伸缩顺序有可靠保证。

       上图3是一种操作简单、动作可靠的顺序伸缩机构。

该机构的顺序动作是靠装在液压缸头部的一种特制的顺序动作阀来实现的。

       下图1是这套机构的构造简图和动作原理图。

搬动阀S,使A与P接通,同时B与O也接通,此时油腔1、2、3、4、5、6、7成为高压区,而油腔8、9与回油路联通。

于是活塞杆16开始相对缸体21后移。

此时,蕊杆10在压力油作用下与缸体保持相对静止（参看下图1a）。

当I号缸伸出将要到位时,蕊杆10尾部的法兰边与活塞杆16内腔的前表面相碰,于是蕊杆10被迫后移。

此时,滑杆11在弹簧的作用下后移,使油腔5与13连通,于是油腔14、15也成为高压区。

活塞杆17及挡块18开始前移,于是滑杆19在弹簧20作用下也开始前移（参看下图1b）。

当滑杆19移到一定位置时,油腔4与6隔离,而与14、15接通,于是Ⅱ号液压缸开始正常伸出。

缩回的动作过程与伸出时相反。

        仅采用一个液压缸,再加之以人力辅助,也可以使多节吊臂实现顺序伸缩。

下面介绍两种方法。

       将液压缸一端与基本臂铰接,在另一端的顶部设有可以在吊臂内前后滑动的导向件。

用销轴使导向件和需要伸缩的臂节联结,从而将各节吊臂逐次推出,或逐次拉回。

这种伸缩曹拔销式伸缩吊臂结构如上图2a。

       液压缸活塞杆与基本臂铰接,缸体与二节臂铰接。

利用二节臂的伸缩动作和一根连杆,将其余臂节逐次推出,或逐次拉回,如上图2b、上图2c所示。

       以上介绍的都是单级伸缩液压缸系统。

此外,还存在多级液压缸,或多级液压缸与单级液压缸混合使用的系统。

       下图是采用一个三级液压缸的三级顺序伸缩机构。

其中,图a是三级液压缸的工作原理图,图b是该液压缸的缩回状态。

这种液压缸的伸缩顺序是用面积差来控制的。

显然该机构的缩回顺序难以控制。

       以上介绍的几种控制顺序的方法,在实践中往往是混合应用的。

二、同步伸缩

       指吊臂在伸缩过程中,各节伸缩臂同时以相同的行程比率进行伸缩,下图表示了同步伸出的过程。

其中,图a是伸出前的状态,图b是伸出过程中的状态,图c是伸到位的状态。

       三个单级双作用液压缸用一个换向阀,并通过两个行程顺序阀实现三节活动臂架按一定顺序伸缩,简化了操作程序。

各元件用硬管联结,避免使用很多软管,提高了工作可靠性,也省去了软管卷筒。

平行伸缩,即各节活动臂架同时伸缩,这对臂架受力和变形较为有利,其中一个单级液压缸与钢丝绳（链条）组成,是这种平行伸缩机构比较简单的一种形式。

伸缩原理是:

伸缩液压缸的活塞杆与基本臂连接,液压缸缸筒与第一节活动臂架连接,当伸缩液压缸动作时,即直接带动第一节活动臂伸缩。

在第一节活动臂伸缩的同时,第二节活动臂在钢绳带动下也产生伸缩动作。

       下图为采用一个单级液压缸和吊臂套钢丝绳滑轮系统（或带链轮系统）同步伸缩机构。

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完成的,其动作原理与同步伸出完全一样。

       伸出钢丝绳1的一端与安装在基本臂后部的绳筒5固定,另一端绕过装在第一节活动臂前端一侧（外侧）的滑轮11,再绕过第二节活动臂尾部的水平滑轮3之后,又绕过第一节活动臂前端另一侧（内侧）的滑轮11`,然后固定到绳筒5上。

当第一节活动臂伸出时,滑轮11随着第一节活动臂一起移动,由于绳筒5固定在基本臂上,第二节活动臂在水平滑轮3处受伸出钢丝绳的拉力作用,在第一节活动臂伸出的同时,相对第一节活动臂也产生外伸移动。

       缩回钢丝绳9的一端绕过安装在基本臂前部滑轮10后,固定在基本臂上,另一端绕过安装在第一活动臂尾部的滑轮7后,固定到第二节活动臂尾部。

第二节活动臂的缩回就是依靠这根钢丝绳9实现的。

       液压缸结构形式上,有单级液压缸和多级液压缸两种。

前一种结构简单,应用较多。

后一种结构较复杂,各级缸筒同心度要求较高,工艺也较复杂,工作中在自重作用下挠度较大,但能以较小长度获得大的行程。

       选择伸缩钢丝绳直径是以最大伸缩力（吊重时）为准,安全系数不得小于4。