12T汽车起重机起升机构设计毕业论文.doc
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12 T汽车起重机起升机构设计
摘要
起重设备是用于起重机械的材料，运输，搬运和安装机械。
它可以完成由人类行为不能完成的材料处理，以减轻人们的身体疲劳和提高生产效率，在工厂，港口，建筑工地，水电领域和其他行业一直被广泛的应用，随着生产规模的增加，特别是各种各样的现代化，专业化的生产需求，各种特殊用途的起重机已在许多重要的领域生产应用，不仅在生产，辅助机械的过程中，而且已成为流水作业生产线,国民经济发展机械和设备建设的关键起到了积极的推动作用。
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，其优点是机动性好，转移迅速。
缺点是工作时需支腿，不能负荷行驶，也不适合在松软和泥泞的场地上工作。
本次设计的内容是12吨汽车起重机，本文讨论了汽车起重机的整体设计，主要设计起重机的一部分，包括起重机、起重机起升机构、变幅机构、回转机构设计,通过分析各种组件来完成的整体设计起重机。
关键字：
起升机构；变幅机构；回转机构；支腿；
Abstract
Liftingequipmentisusedforliftingmaterials,transportation,handlingandinstallationofmachinery.Itcanbecompletedbythematerialhandlingofhumanactioncannotbecompletedinordertoalleviatepeople'sphysicalandboostproductionefficiency,Inmines,ports,constructionsites,warehouses,theareaofhydropowerandothersectorshasbeenwidelyused,Withtheincreasingscaleofproduction,inparticularthetypeofmodernization,specializationofproductionneeds,avarietyofspecialpurposecraneshavebeenproduced,inmanyimportantsectors,notonlyintheprocessofproduction,auxiliarymachinery,andhasbecomeanassembly-lineproductionlineproductionessentialforitsdevelopmentmachineryandequipmentbuildingonthenationaleconomyplaysapositiveroleinpromoting.
MobilecraneisakindofcranethatissetoncommonmobileChassiswhosecabisnottogetherwithcontrolroom.Itdowellinmovingeasilybutitcantmovewhenmovinganditalsocantworkatsoftplace.Thecontentofthedesignis12Ttruckcrane,Thisarticlediscussestheoveralldesignoftruckcrane,mainlypickinguponthecranepartofthedesign,includingthecrane,cranes,luffingmechanism,hoistingmechanism,slewingmechanismdesign,throughanalysisofthevariouscomponentstotocompletetheoveralldesignofacrane.
Keyword：
luffingmechanism;hoistingmechanism;slewingmechanism;Outrigger
目录
1. 绪论 1
1.2起重机械的工作特点和作用 2
1.2.1汽车起重机的基本特点 2
1.2.2汽车起重机在生活和经济上的作用................................2
1.3.1国内汽车起重机的发展趋势 3
1.3.2国外汽车起重机的发展趋势 4
1.4基本构成 6
1.5主要技术指标 7
2.总体设计 8
2.1概述：
8
2.2设计要求 9
2.3起重机的主要性能参数 9
2.4总体计算 10
2.4.1吊臂几何尺寸的确定 10
2.4.2变幅油缸的长度 13
2.4.3起升机构计算 15
2.4.4旋转机构计算 17
2.4.5滑轮计算 19
2.4.6支腿装置 19
3.吊臂设计计算 21
3.1设计计算 21
3.1.1计算参数 21
3.1.2设计计算 23
4.整体稳定性计算 33
4.1前言：
33
4.2基本臂稳定性计算 33
4.2.1计算工况 33
4.2.2侧方稳定 33
4.2.3后方稳定性 35
4.3全伸臂时稳定性计算 36
4.3.1计算工况 36
4.3.2侧方稳定性 36
4.3.3后方稳定性 37
设计总结 39
参考文献 40
致谢 41
绪论
1.1汽车起重机的发展历程
中国的汽车式起重机诞生于上世纪的10年代，经过了近30年的发展，期间有过3次主要的技术改进，分别为70年代引进苏联的技术，80年代引进日本的技术，90年代引进德国的技术。
但是总体来说，中国的汽车式起重机产业始终走着自主创新的道路，有着自己清晰的发展脉络，尤其是近几年，中国的汽车式起重机产业取得了长足的发展，虽然与国外相比还有一定的差距，但是这个差距正在逐渐的缩小。
而且中国在中小吨位的汽车式起重机的性能已经完好，能够满足现实生产的要求。
在不久的将来，中国的汽车式起重机行业一定会发展成为一个发展稳定，市场化程度高的成熟产业。
许多专家认为，高速发展的市场，是中国汽车式起重机产业各个厂商有利的技术创新基础和环境。
近几年，中国汽车式起重机产业除了一家较小的公司与日本起重机品牌厂家合资以外，其余厂家一直在追赶国外先进水平的进程中，一直坚持自主的技术创新道路，基本上没有整体引进国外技术的做法，也使的中国汽车式起重机产业在达到和接近国际先进水平的同时，在产品技术上有明显的中国特质。
中国汽车式起重机已经大量使用PLC可编程集成控制技术，带有总线接口的液压阀块、液压马达、油泵等控制和执行元件已较为成熟，液压和电器已实现了紧密的结合。
可通过软件实现控制性能的调整，大幅度简化控制系统，减少液压元件，提高系统的稳定性，具备了实现故障自动诊断，远程控制的能力。
当前中国新一代汽车起重机产品，起重作业的操作方式，大面积应用先导比例控制，具有良好的微调性能和精控性能，操作力小，不易疲劳。
通过先导比例手柄实现比例输送多种负荷的无级调速，有效防止起重作业时的二次下滑现象，极大的提高了起重作业的安全性、可靠性和作业效率。
部分大型汽车式起重机还在伸缩臂上使用了单缸插销的伸缩技术，通过液压销作用，以单个液压油缸可完成多节伸臂的运动，并达到各种工况的程度控制和自动伸缩，改变了以往能不油缸加内部绳排的作业方式，使起重机相对更轻，拓展了起重机向更高工作高度发展的空间。
在走向国际市场的过程中，中国汽车式起重机产业近几年品质水平的快速提高，也得到了国际拥护的高度肯定，由于产品使用规范，用户的专业素质较高，出口产品的质量反馈比在过内有了明显的减少，产品反映较好。
这都为中国汽车式起重机行业的发展打下了良好的基础。
1.2起重机械的工作特点和作用
1.2.1汽车起重机的基本特点
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。
1.2.2汽车起重机在生活和经济的作用
起重机械式用来对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械。
它可以完成靠人力无法完成的物料搬运动作，以减轻人们的体力劳动，提高生产效率，在工厂、车站、矿山、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域的部门中得到了广泛的应用，随着生产规模日益扩大，特别式现代化、专业化的生产需求，各种专门用途的起重机相继产生，在许多重要的部门中，不仅式生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业生产线上不可缺少的重要机械设备它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。
起重机式一种循环的，间歇运动的，短程搬运物料的机械，一个工作循环，一般包括上料，运送，卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点，由起升机构吧物料提起，由运行回转或变幅机构把物料移位，然后物料在指定的地点下放，接着进行相反的动作，使取物装置回到原位，以便进行下一步的工作循环，在两个工作循环之间一般由短暂的停歇。
起重机工作时，各机构经常是处于启动，制动，正向，反向，等相互交替的运动状态之中。
在高层建筑，冶金，化工，电站等大型项目的建设中，需要吊装和搬运的工程量日益增多，其中不少组合件的吊装和搬运重量达到几百吨。
因此必须选用一些大型的起重机进行诸如锅炉及厂房设备的吊装工作。
通常采用的大型起重机有龙门起重机，门座式起重机，塔式起重机，履带起重机，轮式起重机以及厂房内装置的桥式起重机等。
在公路，桥梁，水利电力等建设施工中，起重机的使用范围更式极为广泛，无论式装载设备器材，吊装厂房构件，安装电站设备，调运浇筑混凝土，模板，开挖废渣及其它建筑材料等均需使用起重机械，尤其式水电工程施工，不但工程规模浩大，而且地理条件特殊，施工季节性强，工程本身又很复杂，而且吊装搬运的设备，建筑材料量大品种多。
除了上面介绍的起重机外，在水电工程中还采用一些其它的大型设备，如缆索起重机，浮式起重机等，在电站厂房及建筑物上安装各种类型的起重机，供检修机组，启闭闸门，及起吊拦污栏之用，这些起重机由大型龙门起重机，固定卷扬起重机以及弧形闸门起重机等。
这些专门用途的起重机一般吨位较大，如用起吊闸门的龙门起重机，和固定卷扬起重机，起到了工程起重机的作用，起重机在未来的国家建设当中，还将起到更大的作用。
1.3汽车起重机的发展趋势
1.3.1国内汽车起重机的发展趋势
我国的汽车式起重机的生产企业要想在本领域生存与发展，需要做的事情还很多，由于市场需求的增大，也要求生产企业不断创新，在保证起重机性能的基础上还要不断开发出更大吨位的新产品，满足市场的需求。
只有这样才能从市场中获得养分和活力使自己生存，在生存中发展，在发展中壮大。
主要的发展趋势应该有以下几点：
（1）扩大产品的品种。
在企业内部应建立完善的产品研究和开发体系，使产品系列化，品种齐全，要形成大中小完整系列，增多产品数量，使生产规模不断的扩展。
（2）增大起重力矩。
目前我国生产的汽车式起重机大多是50吨以下的中小吨位的起重机，大吨位生产的很少，而，
随着社会的发展，对机动灵活的大型起重机械的需求越来越大，这都是汽车式起重机发展的养分，
所以增大其中力矩迫在眉睫。
（3）增加起重机功能。
随着国民经济的快速发展，用户对汽车式起重机的使用上的要求越来越多，希望能够一机多用，已经不仅仅是在搬运重物时使用，而是满足在不同环境和工种的使用，这些都为未来起重机的发展找清了方向。
（4）全力打造自己的品牌。
目前中国的汽车起重机生产企业，缺少自己的专业研究人员和开发队伍，而是去模仿别人生产的成品，没有发展方向和竞争力。
未来经济的全球化以及由此引发的一系列问题，使得竞争手段从传统的产品，价格等层次转嫁到品牌的竞争上来。
所以各大汽车式生产企业应该努力打造自己的品牌，从而使自己发展壮大。
（5）开创自我空间占领市场。
我国的各大汽车式起重机生产企业要不断创新，大胆进行运行急智的改革，面向市场，结构优化，人员重组，引进设备，进行刻苦的技术研发，在不断完善自我的前提下，占领市场。
1.3.2国外汽车起重机的发展趋势
目前世界上约有百余家企业生产汽车起重机，但著名的也就右十余家，如美国的格鲁夫、德国的利勃海尔、徳马克、日本加藤、多田野等。
生产的汽车起重机品种有数百种，90年代以来，生产，销售各种吨位的起重机万余台。
汽车起重机的市场主要集中在东亚、北美和欧洲。
东亚约占销售量的40%，北美和欧洲各约占20%。
国外汽车起重机发展的主要特点可以归纳为：
多品种生产，标准化程度高和一机多用。
就分布于三大市场的产品而言，以德国为主的欧洲市场，其产品主要特点为：
（1） 全地面起重机占主导地位，约占市场份额的80%。
（2） 大吨位产品为主，利勃海尔公司占销售额的70%～80%式100吨以上的产品。
（3） 技术先进，及时采用世界最新的技术成果。
（4） 专用配套件多，这以为欧洲发展汽车起重机的得天独厚的条件。
以日本为主的东亚市场和以美国为主的北美市场，其产品主要特点有：
（1） 越野汽车起重机占主导地位，约占70%～80%，其次为轮式起重机，全地面起重机所占比例较小。
（2） 多系列生产，中大吨位居多。
（3） 注重适应性和经济性。
在保证产品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不强调追赶新技术，故产品可靠性较好。
目前，世界汽车起重机的生产，从技术上讲，德国利勃海尔公司略占优势，但从企业规模上讲，美国格鲁公司居世界首位。
而生产量则是日本的多田野和藤加最多。
市场总的趋势式供大于求，面对激烈竞争，国外各大公司除了纷纷增加投资、扩大生产、提高自身的竞争能力外，还通过联合或兼并来提高在国际市场的份额。
如1984年，美国格鲁夫公司收购了英国老牌企业科尔斯公司。
1987年，德国克虏伯公司收购了格的瓦尔德公司，称为当时德国最大的起重机公司，但该公司1995年又被美国格鲁夫公司收购。
1990年，日本多田野兼并了德国法恩公司等。
在起重机行业内，国外的大型汽车起重机的发展比我国迅速，在技术和运用上已相当成熟，目前国际市场对汽车起重机的需求在不断增加，从而使国外各大汽车式起重机制企业在生产中更多的应用优化设计，机械自动化和自动化设备，这对起重机行业的发展造成了很大的影响。
目前国外的起重机企业主要是生产大吨位的起重机，而且有完善的设计体系，和一批先进的研发人员，不断的进行创新和完善。
国外的制造企业现在已经达到规模化的生产，技术含量比较高，而且液压技术和电子技术在汽车起重机的设计中也已广泛的应用，很多企业的品牌在用户的心中已经打上了坚实的烙印，这也使的国外起重机的继续发展占有了更大的优势。
主要的趋势有如下几点：
1.设计、制造的计算机化、自动化
近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国外起重机制造商从应用起重机辅助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块设计。
起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代，新产品的研制速度都将大大加快。
对起重机的改进，只需更改几个模块；设计新的起重机只需新的不同模块进行组合，提高了通用化程度，可使单件小批量的产品，改成相对批量的模块生产，能使较少的模块形式，组合成不同规格的起重机，满足市场的需求，增强了竞争力。
2.起重机控制元件的革新与应用
起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘，齿轮链，激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为±3㎜，高于1mm的精度需另加定位系统。
在起重机起升速度和制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。
遥控系统用于汽车式起重机及其他移动式起重机械，这种系统包括在控制者身上的控制器，和安装在起重机上的接收器，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在起重机传动装置的操纵机械的转换部分相连。
遥控器的使用不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作条件有所改善。
起重机的距离检测防撞装置，采用无线电信号型的防撞装置，防撞系统由三相系统组成，用来监控起重机前端行使距离，一般首先发出信号警示，接着将大车车速减小到50%，最后切断电机电源，将大车制动。
3新材料、新工艺的应用
由于钢铁工业新技术的应用，刚才质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要较高的安全系数，以便减少起重机材料用量，从而降低设备的重量和价格，起重机配套的零部件的制造也得益于新材料的不断产生，使得起重机向更轻，更好的方向发展。
在机加工方面，大量采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件见多，加工设备大量采用高精度，高效的加工中心，数控自动机床等，及保证了质量，又提高了劳动生产率，降低了成本，同时在机械线使用机械代替人工操作如焊接机械手和配用机械手等。
国外起重机的未来发展之路是走向专业化，标准化，和系列化，只有这样才能最快的制造和装配出品种多样化的产品
1.4基本构成
汽车起重机的总体机构由上车部分（吊钩，起重臂，提升机构，变幅机构和回转机构）。
下车部分（行走部分.液压泵及支腿）等构成。
液压汽车起重机的液压系统采用液压泵、定量或变量马达实现起重机起升回转、变幅、起重臂伸缩及支腿伸缩并可单独或组合动作。
起重臂的伸缩方式一种是顺序伸缩，另一种是同步伸缩。
汽车起重机使用汽车底盘，具有行驶速度高.转移方便的特点。
操纵部分采用两个司机室，结构分布合理，操作环境舒适，适用于在较长距离的工作场地之间移动和作业。
1.5主要技术指标
最大起重量：
额定起重量12T（在4个水平支腿全部伸出，整机由4个垂直支腿支撑的状态下，工作半径为3.0M）
最大起升高度：
全伸臂12M.半伸臂10M.全缩臂7.5M
支腿跨距：
4.8M
起重力矩：
全伸臂28T*M.全缩臂36T*M
速度参数：
吊钩起升速度0.25m/s（m=6）.回转速度0.5-1.5R/MIN.
2.总体设计
2.1概述：
本设计题目的12吨汽车起重机是全液压全回转箱型伸缩臂式起重机，上车部分安装在专用汽车底盘上，驾驶室为侧置式窄型驾驶室，使起重臂在行驶状态下能够放在驾驶室的旁侧，从而降低了整车的重心。
该车具有良好的通过性能，机动灵活，行驶速度高，可实现快速转移，转移到作业场地后又能快速投入到工作中去。
因此，特别适用于流动性大，不固定的作业场所。
该车各工作机构均采用液压传动和操纵。
具有结构紧凑，操纵省力，元件尺寸小。
在工作时候可以实现无级调速，工作平稳，安全可靠，适用于各种安装和装卸作业。
下面是对各主要部分的综述：
变幅机构：
变幅机构采用液压油缸变幅，它具有结构紧凑，自重小，工作平稳。
易于布置等优点。
前置式变幅油缸使得变幅推力小，可采用小直径油缸。
臂架悬臂部分短，对臂架受力有利，可明显改善吊臂受力状况，但臂架下方有效空间小，不易于小幅度吊起大体积重物等特点。
起升机构：
提升机构采用高速液压马达（变量轴向柱塞马达）通过减速器带动提升卷筒，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。
起升机构采用的减速器为两级圆柱齿轮减速器具有结构紧凑，传动比大，重量轻，功率范围大等特点。
起升卷筒与减速器的连接是将减速器输出轴加长，卷筒直接固定在轴上，其联结结构简单，扭矩通过卷筒轴传至卷筒，对卷筒受力较为有利。
提升机构采用液压传动的单卷筒单轴式起升机构，机构紧凑，有利于整个机构的布置，可提高生产率或进行辅助工作，并且维修和调整均较方便。
制动器装在低速轴上，制动力矩大，但制动平稳。
起重臂：
该机起重臂才用箱型三节式，其中有两节是套装的伸缩臂，这两节臂的伸缩均靠装在一节臂中的一个单级伸缩油缸完成的，起重臂的伸缩是在作业前完成的，在工作过程中起重臂不能随意伸缩。
在行驶状态时，起重臂缩回。
这种伸缩形式可整体提高起重性能，且搭接处的支反力较小。
考虑受力因素以及重心对起重性能的影响易采用同步伸缩机构，各节伸缩臂同时以相同的行程比率进行伸缩。
由于同步伸缩的摩擦力是愈来愈大的，在接近全伸时摩擦力明显升高，所以有采用滚动摩擦的要求。
臂杆采用低合金高强度结构钢板焊接成箱型。
回转机构：
回转机构的驱动装置采用低速大扭矩马达，这样就省去了减速装置，使得结构边的紧凑。
回转支承装置采用交叉滚柱式内啮合回转支承装置。
这种支承装置的回转摩擦阻力距小，承载能力大，高度低，可以降低整车重心，从而增大起重机的稳定性能。
支腿机构：
为了增加起重机稳定性和减轻轮胎负荷，采用"H"型支腿，该支腿具有很高的稳定性，用于大中型车辆。
液压油控制各支腿水平缸和垂直缸的动作，并且采用自动调平装置，适合于不同路面作业。
上述各部分结构似的该机具有了许多优点。
2.2设计要求
1.采用专用汽车底盘。
2.起重作业部分的传动形式为液压驱动。
3.吊臂截面为箱型结构，且三节臂实现同步伸缩。
4.伸缩机构采用一级油缸加滑轮组以减轻自重。
5.变幅机构采用单缸前置式。
6.起升机构采用高速马达驱动带动二级圆柱齿轮减速器的传动形式。
7.回转机构采用低速大扭矩马达直接驱动小齿轮。
8.底架采用H型液压伸缩支腿。
2.3起重机的主要性能参数
1.最大起重量：
额定起重量12t（r=3m）
2.最大起升高度：
全伸臂12m.半伸臂10m.
全缩臂7.5m.
3.支腿跨距：
4.8m
4.起重力矩：
全伸臂24t*m.全缩臂36t*m
5.速度参数：
吊钩起升速度0.25m/s（m=6）
6.回转速度：
0.5-1.5r/min
2.4总体计算
2.4.1吊臂几何尺寸的确定
在已知参数Rmin=3.0m时起升高度为7.5m（全缩臂）和Rmin=5.0m起升高度为12m（全伸臂）的条件下，通过几何作图确定三铰点的位置，通过作图得出动臂的相关尺寸如下：
图1-1
上图中各尺寸如下：
e1=390mm.e2=240mme3=420mme0=390mme=854mm.
b=1500mmH1=9000mm.h=2235mmh-h0=1470mm
R=3000mm（全缩臂）4000（半伸臂）5000（全伸臂）。
1.基本臂工作时
由图1-1可计算得出基本臂长：
l=
=
=7795毫米
u1=tg-1（H1+b-h）/（e+Rmin）
=tg-1（7500+1500-2235）/（3000+854）
所以得：
u1=670
2.半伸臂工作时：
l=
=
=10460mm
u=tg-1（H+b-h）/（e
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