QY20B汽车起重机液压系统毕业设计Word格式文档下载.doc

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汽车起重机的主要动力源是液压泵，能量通过油管和液压阀等传输控制装置输送到执行机构液压马达或液压缸。

这三种机构通过改变组合形式，构成了不同功能的液压回路，从而实现不同的动作要求，例如汽车起重机的起升回路、变幅回路、回转回路等。

汽车起重机的液压系统是起重机中能量转换的重要环节，它负担着驱动及控制起重机个机构动作的功能，对起重机的新能及安全可靠性有着很大的影响。

1.2.2液压传动用于汽车起重机上的优缺点

汽车起重机由传统的机械式向液压式的转变具有以下优点：

（1）液压传动式是用液体作为介质来传递能量的，容易获得较大的力或力矩，利用液压泵可以获得较高的压力，从而使得汽车起重机不用采用复杂的机构来实现起重吨位的增加。

使得结构紧凑，整机重量减轻，增加了整机的起重性能。

（2）通过控制动力油的流量可方便地实现无级变速，可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。

从而使得结构紧凑，整机重量减轻，增加了整机的起重性能。

（3）采用液压传动，可以实现自动润滑，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，元件寿命较长，从而减少了维修和技术准备时间。

（4）液压传动中可方便的控制压力阀来控制系统压力，通过压力计很容易了解各处的工作情况和负载大小，从而容易防止过载事故的发生。

汽车起重机采用液压传动方式的缺点：

（1）液压系统的油压力较高，漏油问题难以避免。

为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。

（2）油液粘度随温度变化会影响机构的工作的稳定性能。

2液压系统功能分析与原理设计

2.1QY20B汽车起重机工况简述

QY20B汽车起重机属于中型起重机，其需要完成的作业动作比较复杂，根据起重机试验规范，以及很多操作者的实际经验，确定了表2-1中五个作业工况。

液压系统的设计必须满足这些工况作业循环的要求。

表2-1QY20B汽车起重机典型工况表

工况

一次工作循环

工作效果

一级臂长；

80%额定起重量；

相应的工作幅度；

吊重起升一回转一下降一起升一回转一下降

（中间一次制动）

起重吨位大，动作单一，很少与回转等机构组合动作

（主+副）卷扬起升一回转一（主+副）卷扬下降一主+副）卷扬起升一回转一（主+副）卷扬下降

（中间一次制动）

主、副卷扬组合动作，组要用于平吊安装或空中翻转作业

二级臂长；

50%额定起重量；

（起升+回转）一变幅一下降一（起升+回转）一下降

主要负责额定起重量的（50%~60%）工况作业

（主+副）卷扬起升一回转一变幅一（主+副）卷扬下降一（主+副）卷扬起升一回转一（主+副）卷扬下降

中等起重量作业，也常用于台装或空中翻转作业

三级臂长；

臂伸最长，主要用于高空作业

2.2QY20B汽车起重机液压系统各分支回路拟定

2.2.1QY20B汽车起重机液压控制部分结构及功能分析

图2-1所示为动臂式全回转的QY20B液压汽车起重机。

其结构组成及动作如下所述。

图2-1QY20B汽车起重机示意图

1—变幅液压缸2—伸缩臂机构3—起省机构4—回转机构5—支腿

（1）支腿5为H型支腿，用于起重作业时承受整车负载，使得轮胎不与地面接触，从而避免了弹性支承。

（2）回转机构4由轴向柱塞马达驱动，能使吊臂回转。

（3）伸缩臂机构2由三级伸缩臂组成，通过一级液压缸、一级钢丝绳实现同步伸缩。

用以改变吊臂长度，以满足不同作业要求。

（4）单变幅缸1为腹置式，可改变吊臂仰角，以实现不同工作半径要求。

（5）起升机构3由斜轴式轴向柱塞马达驱动主、副两个卷扬卷筒。

同时设有液压控制的常闭式制动器、常开式离合器，配合操作能实现主、副卷扬单独动作或者同时动作，用于升降重物。

2.2.2QY20B汽车起重机液压系统各回路功能要求分析及拟定

QY20B汽车起重机主要通过控制支腿回路、回转回路、伸缩回路、变幅回路、起升回路这五个回路来完成各种作业需要。

以下是对个回路的初步拟定：

（1）支腿回路：

起重机设置支腿机构，目的是用于在作业时承受整机的自重和吊重，要求在作业时能独立调整单个支腿，以调整整车平衡。

同时必须设有液压锁以保证在负载作用下以及油管破裂时不会缩回，从而避免翻车事故。

还有在行驶或停放时，支腿不会在重力作用下自动下降。

由以上要求可知，支腿回路由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸、换向阀、溢流阀、液压锁和转阀等组成。

同时可以初步确定其油路如图2-2和图2-3。

图2-2垂直支腿油路图

图2-3水平支腿回路油路图

（2）回转回路

回转回路通过液压马达驱动吊臂回转，实现重物的水平移动。

重物水平移动的范围有限，所以QY20B汽车起重机设计成全回转式的，即可在任意方向进行回转。

汽车起重机回转机构所需要的功率比较小，所以QY20B汽车起重机采用轴向柱塞马达作为回转回路的执行原件，同时，轴向柱塞马达结构经凑，径向尺寸小，转动惯量小，转速较高负载大，有变速要求，负载转矩小，低速平稳性高。

回转回路动作比较简单，结合以上条件可知，回转回路由液压泵、液压马达、换向阀和溢流阀等组成。

初步确定油路图2-4。

图2-4回转回路油路图

（3）伸缩回路

汽车起重机具有臂架伸缩机构的，不需要接臂和拆臂，缩短了辅助作业时间。

臂架全部缩回以后，起重机外形尺寸减小，提高了机动性和通过性。

臂架采用液压伸缩机构，可以实现无级伸缩和带载伸缩。

汽车起重机伸缩回路是直线运动，所以液压执行原件为液压缸。

QY20B汽车起重机采用三级伸缩主臂，由一级液压缸、一级钢丝绳实现同步伸缩。

在设计此回路时应保证伸缩臂缸以相应于供油泵的供油速度缩回，所以设置了平衡阀来防止此液压缸在外负载作用下超速缩回，同时还防止在油管破裂时伸缩臂突然缩回。

此外，为了保证整个回路的压力在允许值范围内，可以添设溢流阀。

由以上条件可知伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸、溢流阀和平衡阀等组成组成。

初步确定其油路图如图2-5。

图2-5伸缩回路油路图图2-6变幅回路油路图

（4）变幅回路

汽车起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。

变幅回路则是实现改变伸缩臂工作幅度的液压回路，此回路采用液压缸作为液压执行原件，通过变幅液压缸的伸缩来控制伸缩臂的幅值变化，扩大了起重机的工作范围，提高起重机的工作效率。

汽车起重机在装载重物时改变起重机的幅度作业情况频繁，所以常采用较高的变幅速度以提高工作效率。

负载作业时变幅驱动功率较大，因此要求设置限速和防止超载的安全装置。

为了满足这一要求，在变幅回路中应当设置平衡阀。

同时为了保证真个油路的油压处于一个安全值以内，还应当设置溢流阀。

通过以上述说可以确定，变幅回路主要由液压泵、换向阀、溢流阀、平衡阀和变幅液压缸等组成。

图2-6即变幅回路油路图。

（5）起升回路

起升回路是汽车起重机液压系统的主要工作回路。

QY20B汽车起重机的吊重起升和下降作业由一个大转矩液压马达驱动主、副卷扬工作来完成。

通过操控换向阀来控制控制液压马达的正反转，而完成重物的升降。

重物的起升和下降有快慢两档速度，QY20B汽车起重机液压系统通过改变两个供油泵的分流与合流方式来实现马达转速的调节。

汽车起重机基本处于负载作业情况之下，因此为了防止重物因自重而下滑，回路中应设有平衡阀。

同时为了控制整个起升回路的油压值稳定，在回路中应设有溢流阀。

主、副卷扬的制动与离合通过一个换向阀来控制，制动器采用常闭式，离合器采用常开式。

在制动器油路中应该设置单向阻尼阀，通过调节该节流阀开口的大小，能使制动器延时张开，迅速紧闭，从而有效的避免了卷筒在启动或停止产生溜车下滑现象。

由以上信息可知，起升回路主要由液压泵、液压马达、换向阀、平衡阀、溢流阀、阻尼阀以及主、副卷扬制动和离合器等组成。

下图2-7是起升回路油路图。

图2-7起升回路油路图

2.3QY20B汽车起重机液压系统原理总成

2.3.1QY20B汽车起重机液压动力分配及系统原理图总成

（1）液压动力分配情况

根据设计要求、工作情况、起重量等条件，对QY20B汽车起重机的液压动力分配做如图2-8所示安排。

伸缩回路回路

变幅回路

起升回路回路

离合器缸

回转回路

支腿回路构

泵2

泵3

泵1

分动箱

图2-8上车动力分配情况

（2）液压系统原理图总设计

QY20B汽车起重机液压系统的工作原理如图2-9所示。

该系统动力源采用三联齿轮泵，由汽车发动机通过底盘上的分动箱驱动。

液压泵从油箱中吸油，输出的液压油经手动阀组4和14输送到各个执行元件。

整个系统分为上下两部分，除液压泵、过滤器、溢流阀、阀组4及支腿部分外，其余元件基本装在可回转的上车部分。

油箱装在上车部分，兼作配重。

上下两部分油路由中心回转接头连通。

图2-9QY20B汽车起重机液压系统原理图

1-三联齿轮泵2-中心回转接头3-油箱4-支腿操纵阀5-转阀6-支腿水平缸7-支腿垂直缸

8-液压锁9-会有精滤器10-顺序阀11-组合阀12-蓄能器13-操纵阀14-多路换向阀15-溢流阀

16-回转马达17-伸缩臂缸18、20、22-平衡阀19变幅缸20-起升马达23-梭阀24-制动器缸

25-离合器缸26-单向阻尼阀27~34-管道

2.3.2QY20B汽车起重机各液压回路工作原理分析

（1）支腿回路

垂直支腿伸出

进油路：

泵1.1→支腿控制阀4.2（中位）→支腿操纵阀4.4（上位）→转阀5→液压锁8→支腿垂直缸7（无杆腔）；

回油路：

支腿垂直缸7（有杆腔）→液压锁8→支腿操纵阀4.4（上位）→油箱；

垂直支腿收回

泵1.1→支腿控制阀4.2（中位）→支腿操纵阀4.4（下位）→转阀5→液压锁8→支腿垂直缸7（有杆腔）；

支腿垂直缸7（无杆腔）→液压锁8→转阀5→支腿操纵阀4.4（下位）→油箱；

水平支腿伸出

泵1.1→支腿控制阀4.2（上位）→阀4.3（上位）→支腿水平缸6（无杆腔）；

支腿水平缸6（有杆腔）→阀4.3（上位）→支腿操纵阀4.4（中位）→油箱

水平支腿收回

泵1.1→支腿控制阀4.2（上位）→阀4.3（下位）→支腿水平缸6（有杆腔）；

支腿水平缸6（无杆腔）→阀4.3（下位）→支腿操纵阀4.4（中位）→油箱；

整个支腿液压回路的压力由溢流阀4.1控制，其调定压力为16MPa。

泵1.1→阀4.2（下位）→中心回转接头2→顺序阀10→换向阀14.2（上位/下位）→回转马达16；

回转马达16→换向阀14.2→回转中心接头→油箱；

整个回转回路由顺序阀10和溢流阀14.1共同作用将油压控制在9-17.5MPa。

进油路：

泵1.3→中心回转接头2→换向阀14.4（上位/下位）→平衡阀18→伸缩臂缸17（有/无杆腔）；

回油路：

伸缩臂缸（无/有杆腔）→平衡阀18→换向阀14.4（上/下位）→油箱；

溢流阀15将整个伸缩回路油压控制在17MPa内。

泵1.3→中心回转接头2→换向阀14.5（上/下位）→平衡阀20→变幅缸（无/有杆腔）；

变幅缸（有/无杆腔）→平衡阀20→换向阀14.5（上/下位）→油箱；

溢流阀14.3是伸缩回路和变幅回路共同的液压阀，其调定压值为20MPa。

泵1.2→中心回转接头2→换向阀14.6（上/下位一档）→平衡阀22→起升马达（慢速）；

泵1.2→中心回转接头2

泵1.3→中心回转接头2→换向阀14.4（中位）→换向阀14.6（上/下位二档）→平衡阀22→起升马达（快速）；

3液压系统设计及计算

3.1QY20B汽车起重机工作机构参数和液压系统参数

工作结构主要参数

支腿机构

垂直支腿：

吊重时支腿油缸最大反力650KN.m

行程335mm

速比2.78

水平支腿：

水平支腿伸出最大反力170KN.m

行程1915mm

速比2.04

回转机构

回转速度3r/min

回转阻力矩110KN.m

减速器速比950.5

变幅机构

最大行程2000mm

变幅油缸最大轴向阻力650KN

变幅时间75Sec

伸缩机构

伸缩臂有五节，四节为伸缩臂，采用两套油缸和钢丝绳进行驱动。

第一级缸

行程3200mm

油缸最大轴向阻力900KN

速比2.5

第二级缸

行程3200mm

油缸最大轴向阻力650KN

速比2.5

伸出时间95Sec

第三级缸

速比2.5

油缸最大轴向阻力450KN

起升机构

主卷扬：

单绳最大速度（空载）100m/min

单绳最大拉力（满载）35KN

卷筒直径500mm

钢丝绳直径18mm

钢丝绳层数4

减速器速比35.5

副卷扬：

单绳最大速度（空载）70m/min

单绳最大拉力（满载）29KN

卷筒直径340mm

钢丝绳直径14mm

钢丝绳层数3

减速器速比47.4

液压系统参数

液压系统参数

主卷扬:

工作压力9.5MPa

副卷扬:

回转回路:

工作压力25.5MPa

液压泵转速2500rpm

变幅回路:

工作压力28MPa

伸缩回路：

工作压力25MPa

支腿回路：

工作压力20MPa

起升回路：

工作压力28MPa

3.2液压元件的设计计算与选择

3.2.1液压执行元件的选择计算

（1）回转马达的选择

回转马达阻力矩：

式中：

—回转总扭矩，=110KN.M；

i—回转减速器速比，i=950.5；

η—回转机械传动效率，η=0.90

回转马达的排量：

—回转马达工作压差，=25.5MPa

—回转马达机械效率，=0.95

回转马达的型号：

查《液压传动设计指南》表，选取定量轴向柱塞马达A2FE31.5

马达性能参数为：

排量31.5

额定压力35MPa

最大压力40MPa

允许转速3750r/min

输出转矩350

额定容积效率93%

（2）变幅缸的选择

无杆腔作用面积：

式中：

—变幅油缸最大轴向阻力，=650KN;

—变幅油缸最大工作压力，=28MPa；

无杆腔缸径：

D=

查《液压传动设计指南》表7-13得：

D=160mm；

按杆径比Φ=d/D=0.7，查得活塞杆径d=110mm。

（3）伸缩油缸的选择

无杆腔缸径选择

=

=

—第一、二、三级油缸的最大轴向反力，；

P—各级油缸工作压力，均选P=25MPa；

=200mm；

=180mm；

=160mm；

按杆径比Φ=d/D=0.7，查得活塞杆径=140mm；

=125mm；

=110mm。

（4）支腿油缸的选择

无杆腔缸径：

垂直支腿

式中：

—吊重时支腿油缸最大轴向阻力，=650KN；

P—吊重时支腿油缸最大工作压力，P=20MPa；

水平支腿

—伸出时支腿油缸最大轴向阻力，=170KN；

P—伸出时支腿油缸最大工作压力，P=16MPa；

查《液压传动设计指南》表7-13得：

=100mm。

=70mm。

（5）起升马达的选择

主、副起升卷筒扭矩

式中：

—主卷扬单绳最大拉力，；

—钢丝绳卷绕时的卷筒直径

—钢丝绳直径，

—卷筒机械效率，由查《起重机设计手册》

表8-7得

=0.99

起升马达的扭矩：

—主副卷扬减速器速比，；

—马达至减速器输出端机械效率，；

起升马达排量：

—起升马达最大工作压差，；

—马达机械效率，；

起升马达的型号：

查《液压传动设计指南》表8-20，选取德国博世-力士乐公司生产的定量轴向柱塞马达A2FE112，其性能参数为：

排量112；

额定压力35MPa

最大压力40MPa；

允许转速3750r/min

容积效率

3.2.2液压泵的选择计算

（1）液压泵1.1的选择计算

泵1.1主要给回转回路和支腿回路供油，而回转马达明显比支腿单独工作时泵所需的输出流量大，因此主要由回转马达决定。

回转马达流量计算：

马达最大转速

—回转速度，，取

回转马达流量：

—回转马达容积效率，

所需油泵排量：

—油泵1.1给回转马达时所需输出流量，不计管路泄露时;

—油泵工作转速，；

—油泵容积效率，