液压起重机的液压系统设计1Word下载.docx
《液压起重机的液压系统设计1Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压起重机的液压系统设计1Word下载.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
本文对液压起重机的设计进行了研究，分章、节逐一论述了设计过程。
在设计过程部分，首先对装载起重机的汽车的底盘进行选择，确定起重机的技术参数，重点就车载起重机的液压系统进行论述和设计，以及对起重机的主要机构如起升机构、回转机构的型式和计算方法做出论述，对回转机构机械装配部分也进行了设计，最后对影响起重机起重能力的支腿型式及其跨距的确定进行了简要说明。
关键词：
液压起重机，液压系统，回转机构液压缸
一、概述
（一）关于起重机
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2～10根。
是产量最大，使用最广泛的起重机类型。
汽车液压起重机的外形结构
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。
（二）液压传动的优缺点
1、液压传动系统的主要优点：
（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。
2、液压传动系统的主要缺点：
（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。
（三）液压传动的工作原理及组成
1、液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。
液压千斤顶工作原理图
1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5—吸油管
6，10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止阀
12—油箱
基本工作原理:
液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，而且传动中必须经过两次能量转换。
由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。
2、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。
（四）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、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。
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。
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.
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。
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：
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。
二、起重机液压系统特点分析
（一）起升机构液压回路
工程起重机需要用起升机构，即卷筒—吊索机构实现垂直起升和下放重物。
液压起升机构用液压马达通过减速器驱动卷筒，图2-2-1是一种最简单的起升机构液压回路。
当换向阀3处于右位时，通过液压马达2、减速器6和卷筒7提升重物c，实现吊重上升。
而换向阀处于右位时下放重物c，实现负重下降，这时平衡阀4起平稳作用。
当换向阀处于中位时，回路实现承重静止。
由于液压马达内部泄漏比较大，即使平衡阀的闭锁性能很好，但卷筒—吊索机构仍难以支撑重物c。
如要实现承重静止，可以设置常闭式制动器，依靠制动液压缸8来实现。
在换向阀右位（吊重上升）和左位（负重下降）时，泵1压出液体同时作用在制动缸下腔，将活塞顶起，压缩上腔弹簧，使制动器闸瓦拉开，这样液压马达不受制动。
换向阀处于中位时，泵卸荷，压出口接近零压，制动缸活塞被弹簧压下，闸瓦制动液压马达，使其停转，重物c就静止于空中。
某些起升机构要求开始举升重物时，液压马达产生一定的驱动力矩，然后制动缸才彻底拉开制动闸瓦，以避免重物c在马达驱动力矩充分形成前向下溜滑。
所以在通往制动缸的支路上没单向节流阀9，由于阀9的作用。
，拉开闸瓦的时间放慢，有一段缓慢的动摩擦过程；
同时，马达在结束负重下降后，换向阀3回复中位，阀9的单向阀允许迅速排出制动缸下腔的液体,使制动闸瓦尽快闸住液压马达，避免重物C继续下降。
（二）伸缩臂机构液压回路
伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。
图2-2-2为伸缩臂机构液压回路。
臂架有三节，I是第1节臂，或称基臂；
n是第2节臂；
III是第3节臂；
后一节臂可依靠液压缸相对前一节臂伸出或缩进。
3节臂只要两只液压缸：
液压缸6的活塞与基臂I铰接，而其缸体铰接于第2节臂II，缸体运动Ⅱ相对I伸缩；
液压缸7的缸体与第2节臂Ⅱ铰接，而其活塞铰接于第3节臂Ⅲ，活塞运动使Ⅲ相对于Ⅱ伸缩。
第2和第3节臂是顺序动作的，对回路的控制可依次作如下操作：
1.手动换向阀2左位，电磁阀3也左位，使液压缸6亡腔压人液体，缸体运动将第2节Ⅱ相对于基臂l伸出，第3节臂IⅡ则顺势被Ⅱ托起，但对Ⅱ无相对运动，此时实现举重上升。
2．手动换向阀仍左位，但电磁换向阀换右位，液压缸6因无液体压入而停止运动，臂Ⅱ对臂I也停止伸出，而液压缸7下腔压入液体，活塞运动将m相对于Ⅱ伸出，继续举重上升。
连同上一步序，可将3臂总长增至最大，将重物举升至最高位。
3．手动换向阀换为右位，电磁换向阀仍为右位，液压缸7上腔压入液体，活塞运动臂m相对于Ⅱ缩回，为负重下降，故此时需平衡阀5作用。
4．手动换向阀仍右位，电磁换向阀换左位，液压缸6下腔压入液体，缸体运动将Ⅱ相对于I缩回，亦为负重下降，需平衡阀4作用。
如不按上述次序操作，可以实现多种不同的伸缩顺序，但不可能出现两个液压缸同时动作。
伸缩臂机构可以不同的方法，即不采用电磁阀而用顺序阀，液压缸面积差动，机械结构等办法实现多个液压缸的顺序动作，还可以采用同步措施实现液压缸的同时动作。
（三）变幅机构液压回路
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。
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。
图2-2-3为双作用液压缸变幅回路。
插图
液压缸6承受重物c及臂架重量之和的分力作用，因此，在一般情况下应采用平衡阀3来达到负重匀速下降的要求，如图2-2-3a）所示。
但在一些对负重下降匀速要求不很严格的场合，可以采用液控单向阀4串联单向节流阀5来代替平衡阀，如图2-2-3b）所示。
其中阀4的作用有：
一是在承重静止时锁紧液压缸6；
二是在负重下降时泵形成一定压力打开控制口，使液压缸下腔排出液体而下降。
三、液压传动系统的故障分析与排故
液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的，它具有传送能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、转动平稳均匀、容易完成复杂动作等优点，因而广泛应用于工程机械领域。
但是，液压传动的故障往往不容易从外部表面现象和声响特征中准确地判断出故障发生的部位和原因，而准确迅速地查出故障发生的部位和原因，并及时排除。
在工程机械的使用、管理和维修中是十分重要的。
（一）液压系统的主要故障
在相对运动的液压元件表面、液压油密封件、管路接头处以及控制元件部分，往往容易出现泄漏、油温过高、出现噪音以及电液结合部分执行动作失灵等现象。
具体表现：
一是管子、管接头处及密封面处的泄漏，它不仅增加了液压油的耗油量，脏污机器的表面，而且影响执行元件的正常工作。
二是执行动作迟缓和无力，表现为推土机铲刀提升缓慢、切土困难，挖掘机挖掘无力、油马达转不起来或转速过低等。
三是液压系统产生振动和噪音。
四是其他元件出现异常。
（二）故障的检查
1、直接检查法：
凭借维修人员的感觉、经验和简单工具，定性分析判断故障产生的原因，并提出解决的办法。
2、仪器仪表检测法:
在直接观察的基础上，根据发生故障的特征和经验，采取各种检查仪器仪表，对液压系统的流量、压力、油温及液压元件转速直通式检测，对振动噪音和磨损微粒进行量的分析。
3、元件置换法：
以备用元件逐一换下可能发生故障的元件，观察液压系统的故障是否消除，继而找出发生故障的部位和原因，予以排除。
在施工现场，体积较大、不易拆装且储备件较少的元件，不宜采用这种方法。
但对于如平衡阀、溢流阀及单向阀之类的体积小，易拆装的元件，采用置换法是比较方便的。
4、定期按时监控和诊断：
根据各种机械型号、检查内容和时间的规定，按出厂要求的时间和部位，通过专业检测、监控和诊断来检测元器件技术状况，及时发现可能出现的异常隐患，这是使液压系统的故障消灭在发生之前的一种科学技术手段。
当然，执行定期检测法，首先要培养一些专业技术检测人员，使他们既精通工程机械液压元件的构造和原理，又掌握和钻研检测液压传动系统的各种诊断技术，在不断积累靠人的直感判断故障经验的同时，逐步发展不解体诊断技术，来完成技术数据采集，辅以电脑来分析判断故障的原因及排除方法。
（三）液压系统的故障预防
1、保证液压油的清洁度：
正确使用标定的和要求使用的液压油及其相应的替代品（详参《工程机械油料手册》），防止液压油中侵入污物和杂质。
因为在液压传动系统中，液压油既是工作介质，又是润滑剂，所以油液的清洁度对系统的性能，对元件的可靠性、安全性、效率和使用寿命等影响极大。
液压元件的配合精度极高，对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况反应更为敏感。
造成污物杂质侵入液压油的主要原因，一是执行元件外部不清洁；
二是检查油量状况时不注意；
三是加油时未用120目的滤网过滤；
四是使用的容器和用具不洁净；
五是磨损严重和损坏的密封件不能及时更换；
六是检查修理时，热弯管路和接头焊修产生的锈皮杂质清理不净；
七是油液贮存不当等等。
在使用检查修理过程中，应注意解决这些问题，以减少和防止液压系统故障的发生。
2、防止液压油中混入空气：
液压系统中液压油是不可压缩的，但空气可压缩性很大，即使系统中含有少量空气，它的影响也是非常大的。
溶解在油液中的空气，在压力较低时，就会从油中逸出产生气泡，形成空穴现象；
到了高压区，在压力的冲击下，这些气泡又很快被击碎，急剧受到压缩，使系统产生噪音。
同时，气体突然受到压缩时，就会放出大量的热能，因而引起局部受热，使液压元件和液压油受到损坏，工作不稳定，有时会引起冲击性振动。
故必须防止空气进入液压系统。
具体做法：
一是避免油管破裂、接头松动、密封件损坏；
二是加油时，避免不适当地向下倾倒；
三是回油管插入油面以下；
四是避免液压泵入口滤油器阻塞使吸油阻力增大，不能把溶解在油中的空气分离出来。
3、防止液压油温度过度：
液压系统中的油液的工作温度一般在30℃～80℃范围内比较好，在使用时必须注意防止油温过高。
如油箱中的油面不够，液压油冷却器散热性能不良，系统效率太低，元件容量小，流速过高，选用油液粘度不正确，它们都会使油温升高过快。
粘度高增加油液流动时的能量损耗，粘度低会使泄漏增多，因此在使用中能注意并检查这些问题，就可以预防油温过高。
此外对液压油定期过滤，定期进行物理性能检验，既能保证液压系统的工作性能，又能减少液压元件的磨损和腐蚀，延长油液和液压元件的使用寿命。
（四）液压系统的故障分析
1、传动系统分析法：
工程机械的液压传动系统如果维护得好，一般说来故障是比较少的。
由于密封件老化、变质和磨损而产生外泄是很容易观察到的，根据具体情况可设法排除。
但是如果液压元件的内部发生了故障是观察不到的，往往不容易一下子就找出原因，有时虽然是同样的故障现象，但产生的原因却不一定相同，要想准确而迅速地找出液压元件的故障的部位和原因，首先要根据发生故障元件的构造图、系统图，分析了解和研究元件的工作原理和特性，再使了解的构造原理与实物对号，具体情况具体分析，检查寻找故障发生的部位和产生的原因，以便采取相应的技术措施来排除故障。
2、逻辑流程分析法：
此方法是根据液压传动系统的基本原理进行逻辑分析，减少怀疑对象，逐步逼近找出故障发生的部位和原因。
（五）液压系统故障的排除
1、液压系统中管子、管子接头和焊接处，由于振动频率较高，常常发生破坏。
在换用时要根据压力和使用场合，选用强度足够，内壁光滑清洁，无砂、无伤、无锈蚀、无氧化皮的管子。
当管子需要焊接时，最好采用加套管的办法，因为对接可能使管的内径局部缩小；
截段时，油管的截面与管子轴线的不垂直度不得大于0.5°
，并清除铁屑和锐边倒钝。
当管子支承距离过大或支承松动时要设卡固定拧紧，当弯曲半径过小时，易形成弯曲应力，弯曲半径一般应大于管外径的3倍。
在密封表面处，密封元件的老化变质会使泄漏量增大。
密封件的有效寿命通常是：
固定元件之间的密封寿命时间为10000h，运动元件之间密封寿命时间为1500h～2000h。
到了规定的使用寿命时间后，即使还可用的元件也应该更换。
密封面的泄漏还与预压面的压力不够或不均匀有关。
预压量增大时，其封油量压力增大，密封效果好，反之则差。
再者摩擦表面光洁度与硬度不足也会缩短密封件的寿命。
密封件设计不合理以及安装时扭曲刮伤也是导致密封圈早期磨损而引起泄漏的原因。
油液中杂质过多，易加速密封件与摩擦表面的磨损，形成密封件的早期失效，油封工作温度过高或过低也会影响其寿命和工作性能。
2、执行元件运动的速度降低，主要是由于输入执行元件的液压油流量不足；
执行元件无力的原因主要是输入液压油压力不足，以及回油管路背压过高等因素所造成的。
工程机械液压系统所用的油泵多为齿轮泵，其工作压力为210×
102kPa，柱塞泵的工作压力可达320×
102kPa。
泵的输出压力是由荷载决定的，并随着荷载的变化而变化。
荷载无限增加，泵的压力也无限升高，直到系统某一部分被破坏。
对于齿轮泵：
主要是轴承、齿轮啮合面、齿顶与壳体、齿轮端面与泵盖间的磨损和密封件的磨损、老化、损坏使齿轮泵的内漏表现更为突出。
在一定转速与一定压力下，对无端面间隙补偿的齿轮泵，其轴线磨损引起的泄漏约占全部内漏量的75%～85%，齿顶间隙内漏量约占15%～20%，其他内漏约占4%～5%，因此我们要抓住主要问题，采取有效的技术措施予以解决，就能使泵恢复其原有性能。
3、液压系统的蓄能器是用来调节能量、贮存能量、减少设备容积、降低功率消耗、减少系统发热、缓冲吸收冲击和脉动压力的辅助元件。
常见的蓄能器有胶囊式的，它具有漏气损失小、反应灵敏、可以吸收急速的压力冲击和脉动、重量轻、体积小等特点。
蓄能器发生故障会影响液压系统的正常工作，因此在检查气压量不足时，应按时充入惰性气体。
4、液压系统中，要求装备精度高的还有液压马达。
如果注意日常维护和保养，防止油液污染，一般不会发生故障，进入液压马达的油液须仔细过滤，以减少杂质，防止过快磨损。
修理后的马达，应注满干净的液压油，排尽系统中的空气。
确定不了马达是否有故障，最好不要拆卸，这样可减少污染的机会和保持配合的精度。
液压缸是液压系统中的执行元件，常见的故障有漏油和运动不正常。
缸头因密封件损坏而外泄，应立即更换密封件；
油缸运动不正常有油缸内漏、油路中有空气、活塞密封件老化和损坏、油液有杂质、平衡阀发生故障等。
5、控制元件是用来实现系统和执行元件对压力、流量方向的要求的。
控制阀及时控制系统中最重要的元件，由于阀的配合一般都比较精密，所以在修理时应特别注意，不需拆阀芯的尽量不要抽出阀芯；
配合副方位不要错乱，偶件不要互换；
螺丝的拧紧力矩要均匀一致，锥形阀芯的接触线磨损可采用研磨修正接触线的办法解决；
回位弹簧疲劳时，可予更换。
四、起重机重量的确定及机构件参数性能的确定
（一）QY8液压系列元件的参数
起重机总重量是舍己为公为7.5吨。
主臂长7.5m，副臂长16.98m。
根据设计要求基本臂设计为7.5m
最长主臂16.98m
最长主臂+副臂为22.1m.
车重心在压后支腿为车全长的2/3处。
即12*2/3=8m。
吊臂液压变幅缸与主臂相离为0.8m
主臂距变幅缸3.5m处
支腿距离确定为：
纵向距离为3.825m横向4.0m
液压泵20mp排量40ml转速1500r/min
起升速度单泵53m/min.最大回转速度2.8r/min.
全伸时间36s全缩时间25s
变幅时间35s
起程起臂时间20s
同时收放时间16s
水平时间16s
最大额定总起800kg重量
最小额定变幅3m
最大起重力矩235.2kn*m
后车架离地高度1.2m
（二）支腿液压参数设计
液压缸安装于车架上横向4.0m纵向3.825m
全缩离地高度为0.2m
液压支腿单腿受力计算
G车=7.5*10³
*10（G取10N/kg）
=750000N
（支腿液压活塞相关参数）
（支腿液压缸参数）
单腿受力为750000/4=37500N
液压活塞杆为45号钢D=70mm
液压钢外壁为铸铁高H=70mm可升长度为60cm
液压活塞D=100mmH厚=20mm
S为截面=Πr²
=0.05²
*3.14159（Π取值为3.14159计算）
=0.0785398²
V缸=78.5*60
=4712.4ml
设计要求16S升起，流量为294.525ml/S才可以满足要求
收腿时间为16S
△S=Π（5²
-3.5²
）
=3.14159*12.25
=39.27cm²
V无杆腔=S*h
=39.27*60
=2403.3ml
V流=v/t
=2403.3/16
=150.21ml/S
强度较核根据金属工艺学52页45号钢力学性能225-600MP
p油压=f/△s
=3.75*10000/0.00785398
=4.7746mp
（三）吊臂伸缩缸设计
根据设计设计基本臂7.5m最长主臂16.98m最长主臂加副臂22.1m可伸缩长度为6m
已知额定起重为8T单泵起升速度为53m/min=0.89m/S
外加图
卷绳速度为0.89m/min起
升级会员 