中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè)1 緒 論1.1 概論 汽車起重機(jī)是起升輸送物料的機(jī)具，是國(guó)民生產(chǎn)各部門提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化不可或缺的大型機(jī)械設(shè)備，對(duì)提高生產(chǎn)各部門的機(jī)械化，縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本起著非常重要的作用。汽車起重機(jī)可以廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、建筑工地、港口碼頭、油田、鐵路、倉(cāng)庫(kù)及貨場(chǎng)等工況下的起重作業(yè)和吊裝工作。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車起重機(jī)在各行業(yè)的作用也越來(lái)越大，經(jīng)濟(jì)杠桿作用與日俱增。目前，國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)主要從 8t 300t 不同噸位的 10 多類產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)比較著名的起~重機(jī)生產(chǎn)商有徐州重型機(jī)械廠三一重工、中聯(lián)重工等，如圖 1.1 所示為三一重工生產(chǎn)的QY25C 汽車起重機(jī)。隨著技術(shù)水平的不斷提高，產(chǎn)品噸位也在朝著更大噸位的方向發(fā)展。起重機(jī)的設(shè)計(jì)制造也從一個(gè)側(cè)面反映了國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化水平。圖 1.1 三一重工 QY25C 汽車起重機(jī)分析國(guó)內(nèi)這幾年市場(chǎng)需求情況，8t 產(chǎn)品增長(zhǎng)幅度不大， 16t、25t、50t 銷量 2001 年比2000 年分別增長(zhǎng)了 33.2%、62.8%、101.6%，這說(shuō)明市場(chǎng)將更多的需求中大噸位的汽車起重機(jī)。為了增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，錦州重型機(jī)械股份有限公司決定研制新型 25t 汽車起重機(jī)。新型起重機(jī)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）吊臂采用易于定心、對(duì)腹板抗失穩(wěn)能力、抗扭曲變形能力強(qiáng)的大圓角六邊形截面；（2）轉(zhuǎn)臺(tái)采用立板加筋結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)減輕了重量，提高起重性能，使材料的機(jī)械性能得到進(jìn)一步的利用； （3）采用前懸下沉全景駕駛室專用汽車底盤。這種底盤車身長(zhǎng)，適合較長(zhǎng)吊臂的布置（吊臂的增長(zhǎng)，使整機(jī)的起升高度增加） ，且乘坐舒適、視野開(kāi)闊。 （4）液壓系統(tǒng)增設(shè)回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥、液壓先導(dǎo)閥、液控操縱回路，使回轉(zhuǎn)抗沖擊能力增強(qiáng)、操縱更加方便；（5）液壓輔件采用新型錐面密封與 O 型圈相結(jié)合的雙重密封，提高管路密封壽命； （6）利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，開(kāi)發(fā)、編制相關(guān)的計(jì)算軟件，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。軟件要有良好的通用型，已適應(yīng)其他噸位產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)1.2 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車起重機(jī)，但著名的也就右十余家，如美國(guó)的格魯夫、德國(guó)的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車起重機(jī)品種有數(shù)百種，90 年代以來(lái)，生產(chǎn)、銷售各種噸位的起重機(jī)萬(wàn)余臺(tái)。汽車起重機(jī)的市場(chǎng)主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的 40%，北美和歐洲各約占 20%。國(guó)外汽車起重機(jī)發(fā)展的主要特點(diǎn)可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高和一機(jī)多用。就分布于三大市場(chǎng)的產(chǎn)品而言，以德國(guó)為主的歐洲市場(chǎng)，其產(chǎn)品主要特點(diǎn)為：（1）全地面起重機(jī)占主導(dǎo)地位，約占市場(chǎng)份額的 80%。（2）大噸位產(chǎn)品為主，利勃海爾公司占銷售額的 70%～80%式 100t 以上的產(chǎn)品。（3）技術(shù)先進(jìn)，及時(shí)采用世界最新的技術(shù)成果。（4）專用配套件多，這以為歐洲發(fā)展汽車起重機(jī)的得天獨(dú)厚的條件。以日本為主的東亞市場(chǎng)和以美國(guó)為主的北美市場(chǎng)，其產(chǎn)品主要特點(diǎn)有：（1）越野汽車起重機(jī)占主導(dǎo)地位，約占 70%～80%，其次為輪式起重機(jī)，全地面起重機(jī)所占比例較小。（2）多系列生產(chǎn)，中大噸位居多。（3）注重適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。在保證產(chǎn)品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不強(qiáng)調(diào)追趕新技術(shù)，故產(chǎn)品可靠性較好。目前，世界汽車起重機(jī)的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國(guó)利勃海爾公司略占優(yōu)勢(shì)，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國(guó)格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量則是日本的多田野和藤加最多。市場(chǎng)總的趨勢(shì)式供大于求，面對(duì)激烈競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)外各大公司除了紛紛增加投資、擴(kuò)大生產(chǎn)、提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力外，還通過(guò)聯(lián)合或兼并來(lái)提高在國(guó)際市場(chǎng)的份額。如 1984 年，美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)了英國(guó)老牌企業(yè)科爾斯公司。1987 年，德國(guó)克虜伯公司收購(gòu)了格的瓦爾德公司，稱為當(dāng)時(shí)德國(guó)最大的起重機(jī)公司，但該公司 1995 年又被美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)。1990 年，日本多田野兼并了德國(guó)法恩公司等。在起重機(jī)行業(yè)內(nèi)，國(guó)外的大型汽車起重機(jī)的發(fā)展比我國(guó)迅速，在技術(shù)和運(yùn)用上已相當(dāng)成熟，目前國(guó)際市場(chǎng)對(duì)汽車起重機(jī)的需求在不斷增加，從而使國(guó)外各大汽車式起重機(jī)制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械自動(dòng)化和自動(dòng)化設(shè)備，這對(duì)起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國(guó)外的起重機(jī)企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機(jī)，而且有完善的設(shè)計(jì)體系，和一批先進(jìn)的研發(fā)人員，不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和完善。國(guó)外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到規(guī)模化的生產(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機(jī)的設(shè)計(jì)中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅(jiān)實(shí)的烙印，這也使的國(guó)外起重機(jī)的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢(shì)。1.3 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)在 1957 年生產(chǎn)出了第一臺(tái) 5T 機(jī)械式起重機(jī)，到現(xiàn)在已有 50 多年的歷史，它的生產(chǎn)大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：1957～1966 年以生產(chǎn) 5t 機(jī)械式起重機(jī)為主；1967～1976年以生產(chǎn) 12t 以下的小型液壓起重機(jī)為主；1977～ 1996 年 16t -50t 中大噸位液壓汽車起重中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè)機(jī)產(chǎn)品發(fā)展較快。 自 1979 年開(kāi)始，我國(guó)采用進(jìn)口汽車底盤和關(guān)鍵液壓件自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)出 了 6t、 20t液壓汽車起重機(jī)之后，國(guó)內(nèi)一些起重機(jī)生產(chǎn)廠家采用技貿(mào)結(jié)合方式，分別引進(jìn)日本多田野、加藤、美國(guó)格魯夫和德國(guó)利勃海爾、克虜伯的起重機(jī)產(chǎn)品技術(shù)，以合作生產(chǎn)的方式相繼制造出 25t、35t、45t、50t、80t、125t 汽車起重機(jī)和 25t 越野輪胎起重機(jī)以及32t、50t、70t 全路面起重機(jī)。這些企業(yè)經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、移植，使國(guó)產(chǎn)輪式起重機(jī)某些新產(chǎn)品的性能水平達(dá)到了國(guó)際 80 年代初的水平，產(chǎn)品產(chǎn)量也逐年有所提高。由于受客觀條件的限制，當(dāng)年的技術(shù)引進(jìn)主要著重體現(xiàn)在技術(shù)軟件的引進(jìn)（如產(chǎn)品、圖紙、工藝等） ，而沒(méi)有引進(jìn)全套的先進(jìn)加工設(shè)備，與之相關(guān)的配套件的引用沒(méi)有同時(shí)進(jìn)行，因此國(guó)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不能提供高質(zhì)量、高性能的基礎(chǔ)配套件（如液壓元件，電子元件等） ，到了 90 年代我國(guó)汽車起重機(jī)的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平相比曾縮小的差距又拉大了。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)廠自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品技術(shù)水平還只相當(dāng)于國(guó)際 70 年代初、中期的水平，只有少數(shù)產(chǎn)品在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)更新?lián)Q代達(dá)到了 80 年代初的水平。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，國(guó)家重點(diǎn)工廠項(xiàng)目建設(shè)的紛紛上馬，一些大型關(guān)鍵工程一般都采用國(guó)際公開(kāi)招標(biāo)的方式采購(gòu)機(jī)械設(shè)備。國(guó)外新型汽車起重機(jī)和二手設(shè)備因此大量進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，使國(guó)內(nèi)用戶對(duì)國(guó)外起重機(jī)性能、作業(yè)可靠性、效率等方面有了較深刻的了解，從而也認(rèn)識(shí)到國(guó)產(chǎn)起重機(jī)無(wú)論在制造質(zhì)量、外觀造型等方面，更主要的是技術(shù)性能方面與國(guó)外汽車起重機(jī)的差距較大。國(guó)內(nèi)不少用戶為了達(dá)到作業(yè)高效率以確保工期按時(shí)完成，寧可花較多的錢購(gòu)買進(jìn)口起重機(jī)或購(gòu)買國(guó)外二手起重機(jī)。在這種形勢(shì)下，國(guó)產(chǎn)汽車起重機(jī)當(dāng)然面臨很大的沖擊和壓力。目前國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)產(chǎn)品差距主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）質(zhì)量穩(wěn)定性差部分產(chǎn)品發(fā)生早期故障多，保修期內(nèi)返修率高。故障多發(fā)生在液壓系統(tǒng)、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)件上。液壓系統(tǒng)滲漏問(wèn)題普遍存在，其主要原因是制造、裝配工藝不良和密封件質(zhì)量問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)汽車起重機(jī)平均無(wú)故障時(shí)間僅為 93.4h,最多的為 185h，最少的為66.6h。整機(jī)工作壽命按主要零部件壽命計(jì)算，約為 2000-3000h，而國(guó)外同類產(chǎn)品一般可達(dá)到 12500h。（2）產(chǎn)品自動(dòng)化和智能化的不足目前，國(guó)外已將自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的微電子技術(shù)、電力電子控制技術(shù)、液壓技術(shù)、數(shù)據(jù)總線通信技術(shù)等應(yīng)用到機(jī)械驅(qū)動(dòng)和控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和半自動(dòng)化控制，從而大大提高了起重機(jī)的安全性和可靠性，并且降低了發(fā)動(dòng)機(jī)油耗與排放值。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在這方面差距較大，安全保護(hù)方面的設(shè)備可靠性也較差。（3）材料方面的不足國(guó)內(nèi)除部分產(chǎn)品的某些結(jié)構(gòu)采用了 HG60 或 HQ70 鋼材外，廣泛采用的材料主要為Q235，Q345，Q395 等，而國(guó)外已廣泛采用低合金高強(qiáng)鋼和其它輕型材料，并且正醞釀向超高強(qiáng)鋼發(fā)展如概念鋼 960，所以國(guó)產(chǎn)汽車起重機(jī)一般顯得笨重，性能也受到較大影響。（4）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不完善由于技術(shù)能力有限，國(guó)產(chǎn)汽車起重機(jī)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不完善，難以與國(guó)外匹敵。中國(guó)國(guó)際招標(biāo)網(wǎng)的資料顯示，技術(shù)要求較高的全路面起重機(jī)和履帶式起重機(jī)這兩種產(chǎn)品在中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè)我國(guó)產(chǎn)能較低，目前只有徐州重型機(jī)械廠等少數(shù)幾家行業(yè)內(nèi)的龍頭企業(yè)具備一定的生產(chǎn)能力。而這兩種產(chǎn)品室起重機(jī)眾多類別當(dāng)中噸位最大的，其價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的汽車或輪胎式起重機(jī)，這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)產(chǎn)能的匱乏使得我們不得不付給國(guó)外廠商更多的成本。（5）技術(shù)實(shí)力尚不足應(yīng)該說(shuō)國(guó)內(nèi)的起重機(jī)制造技術(shù)還是位于世界前列的，眾多產(chǎn)品也在國(guó)內(nèi)外擁有廣闊的市場(chǎng)。然而，與歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)相比，國(guó)內(nèi)的技術(shù)實(shí)力還是有一定的差距的。根據(jù)中國(guó)國(guó)際招標(biāo)網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，超過(guò) 100T 的汽車起重機(jī)大多要進(jìn)行國(guó)際招標(biāo)，這說(shuō)明目前國(guó)內(nèi)在這方面尚不具備大量生產(chǎn)的能力。徐州重型機(jī)械公司的 QAY300 型全路面起重機(jī)的額定起重量為 300T，這已是目前國(guó)內(nèi)之最，與利勃海爾、馬尼托瓦克等國(guó)際起重機(jī)的行業(yè)巨頭在技術(shù)方面還是有很大的差距。1.4 汽車起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）提高起重機(jī)的起重量由于現(xiàn)代工程項(xiàng)目向大型化發(fā)展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備的重量在不斷增加，對(duì)超大型起重設(shè)備的需求也越來(lái)越多。在汽車起重機(jī)向大型化發(fā)展過(guò)程中，德國(guó)始終處于遙遙領(lǐng)先的地位?，F(xiàn)在，最大噸位的輪式起重機(jī)為德國(guó)利勃海爾公司生產(chǎn)的 LTM11000D 型，最大額定起重量為 1000t，售價(jià)為 550 萬(wàn)美元。（2）微型起重機(jī)大量涌現(xiàn)汽車起重機(jī)的微型化是適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)工作的需要而出現(xiàn)的一種新的發(fā)展趨勢(shì)。走在前面的是日本的神戶制鋼公司，它于 10 多年前開(kāi)發(fā)的 RK70(7t)型是世界第一臺(tái)裝有下俯式臂架的“迷你 ”越野輪胎式起重機(jī)。目前，下俯式臂架已成為“迷你”起重機(jī)的重要標(biāo)志。（3）混合型起重機(jī)在發(fā)展混合型起重機(jī)是為了特定用途而開(kāi)發(fā)出來(lái)的。如利勃海爾公司生產(chǎn)的 LTL1160 型越野輪胎起重機(jī)就是為了維修龐大的斗輪挖掘機(jī)而專門研制的。德馬格雙橋 AC25(25t)全路面起重機(jī)，結(jié)構(gòu)非常緊湊，車身長(zhǎng) 9m，非常適應(yīng)城市狹窄地段工作，所以又被稱為城市型起重機(jī)。（4）伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)利勃海爾公司于 90 年代中期推出的 LTM1092/2(90t)和 LTM1160/2(160t)，裝有 6 節(jié)60m 主臂，采用了裝有 TeleImatik 單缸自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的橢圓形截面的主臂。這種橢圓形截面的主臂對(duì)靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力的適應(yīng)性很強(qiáng)，有利于吊臂定心，并且抗扭曲變形能力得以增強(qiáng)，對(duì)減輕重量和提高起重性能具有良好的效果。Telematik 單缸伸縮系統(tǒng)主要由 1 個(gè)雙作用伸縮液壓缸、1 個(gè)與液壓缸底座連鎖的氣動(dòng)夾緊裝置、將各節(jié)臂互相連鎖的氣控臂架鎖定銷和電子傳感系統(tǒng)等部件組成。（5）數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)得到應(yīng)用利勃海爾公司的 LTM10302 (30 t )是世界上首臺(tái)裝有數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的高技術(shù)雙橋全路面起重機(jī)。它采用 CANBUS(現(xiàn)場(chǎng)總線)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)---傳動(dòng)系各功能塊之間的數(shù)據(jù)傳輸與電子控制。同時(shí) CANBUS 總線以及電氣、液壓、臂長(zhǎng)和風(fēng)力等數(shù)據(jù)又輸入到 LSB(利勃海爾系統(tǒng)總線) 控制裝置中。LSB 控制裝置是 Liccon 起重機(jī)控制系統(tǒng)的組成部分，可用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字流程和監(jiān)控特性進(jìn)行編程。采用控制總線管理系統(tǒng)可降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗及排放值，大大簡(jiǎn)化布線，提高整機(jī)可靠性與維修方便性。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè)（6）靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)采用靜液壓傳動(dòng)，安裝的上車發(fā)動(dòng)機(jī)即可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)上車各工作裝置，又可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)行走裝置。此時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)橫放在上車操縱室后面，使其起到整體式配重的作用。（7）一機(jī)多能，擴(kuò)大工作范圍意大利瑪奇蒂公司于 1995 年推出的 MG10.28（10T）越野輪胎起重機(jī)，使用吊鉤時(shí)成為 10t 起重機(jī)；安裝起重叉后成為 2.5t 級(jí)伸縮叉車；安裝雙人作業(yè)平臺(tái)后成為高空作業(yè)車。（8）設(shè)計(jì)、制造的計(jì)算機(jī)化、自動(dòng)化隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，許多起重機(jī)制造商從應(yīng)用起重機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）,提高到應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行起重機(jī)的模塊設(shè)計(jì)。起重機(jī)采用模塊單元化設(shè)計(jì)，不僅是一種設(shè)計(jì)方法的改革，而且將影響總個(gè)起重機(jī)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(duì)起重機(jī)的改進(jìn)，只需要改幾個(gè)模塊；設(shè)計(jì)新的起重機(jī)只需新的不同模塊組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品，改成相對(duì)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(jī)，滿足市場(chǎng)的需求，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)力。（9）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(jì)起重機(jī)主梁強(qiáng)度時(shí)，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(jī)材料用量，從而降低設(shè)備的重量和價(jià)格，起重機(jī)配套的零部件的制造也得益于新材料的不斷產(chǎn)生，使得起重機(jī)向更輕、更好的方向發(fā)展。在機(jī)加工方面，大量采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件居多，加工設(shè)備大量采用高精度、高效的加工中心，數(shù)控?cái)?shù)控自動(dòng)機(jī)床等，及保證了質(zhì)量，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了成本，同時(shí)在機(jī)械線使用機(jī)械代替人工操作如焊接機(jī)械手和配用機(jī)械手等?？偠灾嚻鹬貦C(jī)的未來(lái)發(fā)展之路是走向?qū)I(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，汽車起重機(jī)的制造、裝配質(zhì)量和產(chǎn)品的規(guī)格都會(huì)有質(zhì)的飛躍。1.5 個(gè)人工作重點(diǎn)本次設(shè)計(jì)的汽車式液壓起重機(jī)為國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展較為成熟的額定起重量為 25t 的汽車起重機(jī)。通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)水平較高的廠家同等噸位的產(chǎn)品，結(jié)合現(xiàn)有的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出 25T 的汽車式全液壓起重機(jī)。工作重點(diǎn)在于：（1）起重機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，力求總體布局結(jié)構(gòu)緊湊。然后對(duì)總機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行校核，如果不符和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)另行設(shè)計(jì)。（2）起重機(jī)的臂架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，臂架是起重機(jī)的主要承載構(gòu)件，臂架的強(qiáng)度決定了最大起重量時(shí)整機(jī)起重性能，其自重直接影響整機(jī)傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，將直接影響整機(jī)的性能。應(yīng)參照國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出本機(jī)的臂架系統(tǒng)。然后校核是否滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求，在 ansys11.0 中對(duì)主臂進(jìn)行兩種惡劣工況下的校核。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)（3）起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)選型，起升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)重物升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通常由原動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器、離合器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤組成。首先選擇起升機(jī)構(gòu)的具體形式，然后根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出起升機(jī)構(gòu)的零部件和傳動(dòng)裝置。（4）在 AMESim 中對(duì)起重機(jī)液壓系統(tǒng)中最重要的起升回路進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，依據(jù)仿真結(jié)果改進(jìn)液壓回路，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。（5）起重機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)，參照國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布局，對(duì)回轉(zhuǎn)支承裝置進(jìn)行具體的受力分析，根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選擇回轉(zhuǎn)支承裝置的型號(hào)并進(jìn)行校核，然后計(jì)算出回轉(zhuǎn)阻力矩，設(shè)計(jì)出回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。（6）參考國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出本機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)，采用立板加筋結(jié)構(gòu)，然后在ansys11.0 中對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行兩種惡劣工況的校核，并參照分析結(jié)構(gòu)改進(jìn)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，加工工藝更為簡(jiǎn)便。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè)2 汽車起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 汽車起重機(jī)的底盤選型底盤的作用是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及各部件、總成，構(gòu)成汽車起重機(jī)的總體，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。2.1.1 汽車起重機(jī)的底盤類型汽車起重機(jī)底盤按總體性能可分為通用汽車底盤（圖 2.1a） 、專用汽車底盤（圖2.1b）兩種。通用汽車底盤指通用汽車的二類底盤。由于原汽車車架的強(qiáng)度和剛度滿足不了起重機(jī)在起重作業(yè)時(shí)的要求，故需要在原汽車底盤上增設(shè)帶有固定支腿和回轉(zhuǎn)支承連接的副車架以實(shí)現(xiàn)對(duì)上車的支撐，所以總個(gè)起重機(jī)的重心較高，重量也較大，從而導(dǎo)致整機(jī)性能下降。但由于通用底盤的價(jià)格較低，在中小噸位的汽車起重機(jī)上比較常用。圖 2.1 不同類型底盤示意圖專用的汽車底盤是按起重機(jī)要求專門設(shè)計(jì)制造的。專用底盤軸距較長(zhǎng)，車架剛性好，其駕駛室的布置有三種形式，一是正置駕駛室（與通用汽車一樣） ，如圖 2.1a。二是側(cè)置的偏頭式駕駛室（圖 2.1b） ，三是前懸下沉式駕駛室（圖 2.1c） 。正置平頭駕駛室的汽車起重機(jī)行駛狀態(tài)，臂架放置在駕駛室上面，所以總車重心較高；側(cè)置偏頭式駕駛室的汽車中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè)起重機(jī)，其臂架位于駕駛室側(cè)方，行駛狀態(tài)下總機(jī)重心大大降低，但駕駛室視野不良；前懸下沉式駕駛室的汽車起重機(jī)，盡管臂架置于駕駛室上方，但臂架位置不高，故起重機(jī)重心低，其駕駛室懸掛在前橋前面，使車身較長(zhǎng)，適合使用較長(zhǎng)臂架，且乘坐舒適、視野開(kāi)闊；不足之處在于駕駛室懸掛在前橋前，故前橋軸荷大，同時(shí)使車身增長(zhǎng)，接近角減小，通過(guò)性稍差。2.1.2 汽車起重機(jī)的底盤選型本機(jī)選擇通用汽車底盤，選擇時(shí)要根據(jù)載重汽車的承載能力和最大總質(zhì)量來(lái)選擇。中、小型汽車起重機(jī)總質(zhì)量分別約為額定起重量的 120%和 140%，即將汽車滿載后的總重量乘上 0.70 0.83 得到的數(shù)值為改裝后的起重機(jī)最大額定起重量。為了保持原車軸荷的合理~分配，在總布置時(shí)可通過(guò)改變上車三鉸點(diǎn)位置及配重的重量和距回轉(zhuǎn)中心的位置來(lái)調(diào)整。當(dāng)選用專用底盤時(shí)，按起重機(jī)總質(zhì)量和底盤的橋荷來(lái)確定橋數(shù)，按發(fā)動(dòng)機(jī)取力器來(lái)選擇傳動(dòng)傳動(dòng)系各總成。專用底盤的變速箱、傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)和橋箱一般都選用現(xiàn)有的通用汽車底盤部件。汽車起重機(jī)的橋荷受到道路、橋梁標(biāo)準(zhǔn)的限制。在一般雙橋起重機(jī)底盤中，若前后橋都是單胎，則前、后橋荷各為總重的 50%；若后橋?yàn)殡p胎，則后橋?yàn)?70%的總重。在三橋起著底盤中，雙胎后雙橋總載荷為 2×40%的總重，這主要是按輪胎數(shù)目來(lái)確定。由于本機(jī)要達(dá)到較高的起升高度，主臂較長(zhǎng)，故選用前懸下沉式駕駛室底盤。考察國(guó)內(nèi)底盤情況選用泰安汽車底盤廠生產(chǎn)的 TAZ5180J/02 底盤，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 2.1。表 2.1 底盤技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目名稱 單位 參數(shù)底盤型號(hào) TAZ5281J/02驅(qū)動(dòng)形式 6×4起重能力 kN·m 25×3.5車輛（長(zhǎng)×寬×高） mm 10260×2490×2260底盤整備質(zhì)量（含固定支腿） kg 11200橋荷分配（前軸） kg 4300橋荷分配（中、后橋） kg 6900廠定最大總質(zhì)量 kg 28450前橋最大允許載重質(zhì)量 kg 6500中、后橋最大允許載重質(zhì)量 kg 22000接近角/離去角 ° 16/11最大車速 km/h 70最小轉(zhuǎn)彎直徑 m 12額定功率 kW/(r/min) 206/2200額定扭矩 N·m/(r/min) 880/1400發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r/min 22002.2 汽車起重機(jī)的工作級(jí)別中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè)劃分起重機(jī)的工作級(jí)別是為了對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供合理的基礎(chǔ)，也為用戶和制造廠家進(jìn)行協(xié)商時(shí)提供一個(gè)參考范圍，它能使起重機(jī)勝任它需要完成的工作任務(wù)。在確定起重機(jī)的工作級(jí)別時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)因素：利用等級(jí)和載荷狀態(tài)。2.2.1 起重機(jī)利用等級(jí)起重機(jī)在有效工作期間有一定總的工作循環(huán)數(shù)，起重機(jī)作業(yè)的工作循環(huán)是從準(zhǔn)備起吊物品開(kāi)始到下一次起吊物品為止的過(guò)程。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機(jī)的利用程度，是起重機(jī)分級(jí)的基本參數(shù)之一。對(duì)于要完成多種不同任務(wù)的流動(dòng)式起重機(jī)，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估出適當(dāng)?shù)臄?shù)值。工作循環(huán)總數(shù)是起重機(jī)在規(guī)定使用壽命期間所有工作循環(huán)次數(shù)的總和。確定適當(dāng)?shù)氖褂脡勖鼤r(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)境等因素，同時(shí)還要考慮設(shè)備老化的影響。查文獻(xiàn) [1]，選擇起重機(jī)的利用等級(jí)為 U5（經(jīng)常斷續(xù)使用） 。2.2.2 起重機(jī)的載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)是起重機(jī)分級(jí)的另一個(gè)基本參數(shù)，它表明起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu)—起升機(jī)構(gòu)受載的輕重程度。載荷狀態(tài)與兩個(gè)因素有關(guān)：一個(gè)是實(shí)際起升載荷 Qi 與 額定起升載荷 Qmax之比，另一個(gè)是實(shí)際起升載荷 Qi 的作用次數(shù) Ni 與工作循環(huán)總數(shù) N 之比。此次設(shè)計(jì)的起重機(jī)的載荷狀態(tài)可依據(jù)文獻(xiàn) [1]。選擇其載荷狀態(tài)為 ，名義載荷譜系2數(shù)為 。Q0.25K?2.2.3 起重機(jī)工作級(jí)別的確定起重機(jī)的工作級(jí)別是根據(jù)起重機(jī)的利用等級(jí)和起重機(jī)的載荷狀態(tài)確定的，依據(jù)文獻(xiàn) [1]可以確定起重機(jī)的工作級(jí)別為 A4。2.3 起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定2.3.1 技術(shù)參數(shù)簡(jiǎn)介汽車起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，是設(shè)計(jì)起重機(jī)的基本依據(jù)，起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有：起重量、工作幅度、起重力矩、工作速度、起升高度、工作速度等。(1)額定起重量起重機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的額定起重量不包括吊鉤和滑輪組的自重。(2)汽車式起重機(jī)的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個(gè)基本作業(yè)方位）不同而有所變化。汽車式起重機(jī)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(jī)吊重行使時(shí)，起重臂必須前置。起重機(jī)不用支腿作業(yè)和吊重行使時(shí)的額定起重量決定于輪胎、車橋（或輪對(duì)轉(zhuǎn)向架）的承載能力。如上所述，由于汽車式起重機(jī)的各種工況比較復(fù)雜，考慮的因素較多，額定起重量不只一個(gè)時(shí)，通常稱額定起重量為最大起重量。此次設(shè)計(jì)的汽車起重機(jī)的額定起重量為Q=25t。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè)(3)工作幅度旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)處于水平位置時(shí)，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線鉛垂線之間的水平距離稱為幅度（R） 。幅度的最小值 Rmin 和最大值 Rmax 根據(jù)作業(yè)要求而定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機(jī)機(jī)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(jī)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(shí)，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(jī)在最小幅度時(shí)工作的可能性。參考文獻(xiàn) [1]，由于本機(jī)的額定起重量為 25t,故其最小額定幅度 R=3.0m。（4）起重力矩起重力矩是臂架類型起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)之一，它等于額定起重量（Q ）和與其相應(yīng)的工作幅度（R）的乘積，即 M=QR。起重力矩一般用 t·m 為單位。起重力矩比起重量能更全面說(shuō)明臂架類型起重機(jī)的工作能力。（5）起升高度吊鉤起升到最高位置時(shí)，鉤口中心到支撐地面的距離。在標(biāo)定起重機(jī)性能參數(shù)時(shí)，通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時(shí)吊鉤上升到最高極限位置時(shí)從溝口中心至支撐面的距離。（6）工作速度起重機(jī)的工作速度主要是起升、回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮臂機(jī)構(gòu)及與支腿收放的速度。起升速度指吊鉤平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，起吊物品的垂直位移速度；回轉(zhuǎn)速度指起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)；變幅速度指變幅時(shí)，幅度從最大（最小）變到最?。ㄗ畲螅┧玫臅r(shí)間；伸縮臂速度指起重主臂伸縮時(shí)，其頭部沿伸縮軸線的移動(dòng)速速。2.3.2 起重機(jī)技術(shù)參數(shù)的確定參考國(guó)內(nèi)外廠家的同噸位的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)（如表 2.2）初定本機(jī)的技術(shù)參數(shù)。表 2.2 各廠家產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)型號(hào) QY25E QY25 QY25F QY25B QY25生產(chǎn)廠家 徐重 浦沅 北起 長(zhǎng)起 多田野最大額定起重量/kN250 250 250 250 250最大起重量力矩/kN·m735 915.3 735 882 735起重臂節(jié)數(shù) 4 3 4 4 4起重臂長(zhǎng)度/m 10.2 31.5~ 10.2 25.5~ 9.9 30.13~ 10 31~ 10.0 31.0~副臂節(jié)數(shù) 1 1 1 1 1副臂長(zhǎng)度/m 7.5 7.3 7.5 8 7.5主臂最大起升高度/m31.5 25.5 30 30.7 30.2副臂最大起升高度/m39 32.48 36.8 38.65 37回轉(zhuǎn)速度/rmin 0 3~ 0 2.4~ 0 2.5~ 0 1.5~ 0 3.2~起升速度 0 90~ 0 64~ 0 83.2~ 0 95~中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè)/m min-1?支腿形式 雙 H 雙 H 雙 H 雙 H 雙 H支腿跨距（縱橫） /m×4.8 6.0× 5.16 5.9× 4.72 5.6× 5.05 5.7× 4.645 5.×6外形尺寸（長(zhǎng)寬 高）/m× ×12.38 2.5×3.5×12.72 2.5×3.3×11.99 2.×5 3.67×11.9 2.5×3.56×11.39 2.×49 3.37×整機(jī)重量/kN 264 273 263.6 299 264.9初定本機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表 2.3 所示。表 2.3 本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)類別 項(xiàng)目 單位 參數(shù)整機(jī)全長(zhǎng) mm 12550整機(jī)全寬 mm 2490尺寸參數(shù)整機(jī)全高 mm 3218最高行駛速度 km/h 70最低行駛速度 km/h 3接近角 ° ≥16離去角 ° ≥11制動(dòng)距離（30km/h） m ≤10最大爬坡度 % 28行駛參數(shù)百公里油耗 L 38整機(jī)總質(zhì)量 kg 270680一軸承載質(zhì)量 kg 6000質(zhì)量參數(shù)二、三軸承載質(zhì)量 kg 210680最大額定起重量 t 25最小額定工作幅度 m 3最大起重力矩（基本臂） KN·m 1000最大起重力矩（主臂全伸） KN·m 560最大起重力矩（主臂全伸+副臂）KN·m 376支腿形式 雙 H副臂節(jié)數(shù) 1副臂長(zhǎng)度 m 8.15支腿跨距（縱向×橫向） m 5.14×6.0起升高度（基本臂） m 10.9起升高度（主臂全伸） m 33.9起升高度（主臂全伸+副臂） m 42起重臂長(zhǎng)度（基本臂） m 10.55起重臂長(zhǎng)度（主臂全伸） m 32.45性能參數(shù)起重臂長(zhǎng)度（主臂全伸+副 m 40.60中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè)臂）副臂安裝角 ° 0、15、30主卷?yè)P(yáng)單繩最大速度（空載） m/min 120副卷?yè)P(yáng)單繩最大速度（空載） m/min 120起重臂全伸時(shí)間 s 100起重臂全縮時(shí)間 s 60回轉(zhuǎn)速度 r/min 0 3~水平支腿同時(shí)伸時(shí)間 s 35水平支腿同時(shí)縮時(shí)間 s 30垂直支腿同時(shí)伸時(shí)間 s 40工作速度參數(shù)垂直支腿同時(shí)縮時(shí)間 s 352.4 起重機(jī)質(zhì)心的確定2.4.1 主要部件質(zhì)量的確定如圖 2.2 所示，為 25t 全液壓汽車起重機(jī)的整車質(zhì)量分布示意圖，根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的參數(shù)初步估算出整車各部分的質(zhì)量及分布中心。圖中 ——底盤重量， ；dGd12kNG?——轉(zhuǎn)臺(tái)重量， ；zz40——配重重量， ；pp3.——臂架重量， ；bGb6kNG?——吊鉤重量， ；gg2.5——變幅油缸重量， ；y y71——液壓油箱重量， ；xGx4.9kNG?——其他液壓管路重量， 。t t58中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè)圖 2.2 整車質(zhì)量分布示意圖將各部分的質(zhì)量折算成集中力，其大小和集中力作用位置如表 2.4 所示。表 2.4 整車各部分質(zhì)量分布名稱 符號(hào) 質(zhì)量（t） 離回轉(zhuǎn)中心的位置（m）前車為正，后車為負(fù)質(zhì)量×距離（t·m）底盤 dm11.2 1.89 21.168轉(zhuǎn)臺(tái) z4 -1.2 -4.8續(xù)表 2.4配重 pm3.43 -2.45 -8.4035臂架 b6.4 3.49 22.336吊鉤 g0.25 8.358 2.0895變幅油缸 ym0.71 2.10 1.491液壓油箱 x0.49 1.413 0.6924其他液壓管路 t 0.588 0 02.4.2 整車質(zhì)心位置的確定由表 2.4 知上車質(zhì)量 為smzpbgyxtmm????43.60.2571.49058158t下車質(zhì)量 為d d.t?整車質(zhì)量 為ms15.86.2m?27.0t從而整車的重心位置為 kii=0osXm???中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè)21.684.0352.6.08951.40.6927?????.m前橋距整車重心的距離 為1L1oLX??(4.50.67)1.28?38m設(shè)前橋的軸荷為 ，中后橋的軸荷為1N2N所以 的大小為2 12(4.5./2)gL???7068k3(/)2N?從而前橋的軸荷 為1N12mg?70.68.3k?而選擇的 TAZ5180J/02 底盤，前橋最大允許載重質(zhì)量為 6500kg，中、后橋最大允許載重質(zhì)量為 22000kg。因?yàn)?， ，所以底盤的強(qiáng)度符合實(shí)際工作的163.8kN5?2.3N2要求。2.5 起重機(jī)三鉸點(diǎn)位置的確定及其優(yōu)化汽車起重機(jī)的三鉸點(diǎn)是指臂架與轉(zhuǎn)臺(tái)相接的鉸點(diǎn)，臂架與變幅油缸相接的鉸點(diǎn)，變幅液壓缸與轉(zhuǎn)臺(tái)相連接的鉸點(diǎn)。三鉸點(diǎn)的布置是整機(jī)設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。布置是否合理，對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)影響較大。理想三鉸點(diǎn)可使液壓缸受力好，油壓波動(dòng)小，液壓缸參數(shù)合理，整機(jī)重量輕，造型美觀，橋荷分配合理，起重性能好。起重機(jī)變幅液壓缸受載荷、臂長(zhǎng)、幅度的影響。在吊臂仰角最小及起重力矩最大時(shí)受力最大。在變幅過(guò)程中盡量使變幅液壓缸的推力使得臂架仰角的變化平穩(wěn)。2.5.1 吊臂根部鉸點(diǎn)位置的確定如圖 2.3 所示為三鉸點(diǎn)有關(guān)尺寸圖，設(shè) e 為吊臂根部鉸點(diǎn) O 至回轉(zhuǎn)中心線的水平距離，h 為鉸點(diǎn) O 到回轉(zhuǎn)支承裝置上表面的垂直距離，則鉸點(diǎn) O 的坐標(biāo)為（e，h） 。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè)圖 2.3 三鉸點(diǎn)有關(guān)尺寸圖設(shè) 是鉸點(diǎn) O 至基本臂截面中心線距離，下標(biāo) i 表示不同位置的 值的序號(hào)0e 0e（i=1， 2，… ，n） 。當(dāng)?shù)?i 個(gè) 值為 時(shí)，鉸點(diǎn) O 點(diǎn)位置為 。 在吊臂中心線以0ei (,)ihi下為負(fù)，以上為正。則：（2.1）i1i20i2hhe???（2.2）i i1cos()snel R???吊臂根部鉸點(diǎn)的位置與吊臂長(zhǎng)度，起升高度和幅度有關(guān)。設(shè)吊臂的工作長(zhǎng)度為 。即： 0l010()()si(0.518)2.7.5mcosin6Hbhel????????式中 H——基本臂的起升高度，H=10.55m。b——吊頭距滑輪組的最短距離，b=1.8m。、 ——根部鉸點(diǎn)和頭部滑輪軸心離吊臂基本截面軸心的距離，并帶有正負(fù)號(hào)，0e1在中心線以下者為正，以上為負(fù)。由于 此項(xiàng)數(shù)值較小，所01()sine??以在計(jì)算時(shí)可以不計(jì)。h——根部鉸點(diǎn)離地距離，取 h=2.7m?！醣垩鼋牵?=67°。??吊臂根部離鉸點(diǎn)的距離 e 為 ' '0min01cos()si0.5cos6731.0()lRe m????????得出吊臂根部鉸點(diǎn)離回轉(zhuǎn)中心線的距離 e=1.1m。吊臂根部鉸點(diǎn)離回轉(zhuǎn)平面的高度 為h=2.7-0.11-1.4=1.19m021?式中 —— 為回轉(zhuǎn)支承裝置的高度， = 0.11m；2h——為起重機(jī)汽車底盤的高度， =1.4m。1中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè)2.5.2 變幅液壓缸鉸點(diǎn)位置的確定變幅液壓缸的鉸點(diǎn)如圖 2.4 所示，變幅液壓缸根部鉸點(diǎn)（ ）的位置，一般使其落在1O回轉(zhuǎn)支撐裝置的滾道上，從而改變了平臺(tái)的受力情況,本機(jī)取 f=0.30m。則只有在基本臂上固定的鉸點(diǎn) 尚未確定。鉸點(diǎn) 的取得要滿足下述條件，在變幅2O2缸縮回時(shí)， 吊臂位在行駛狀態(tài)，變幅液壓缸長(zhǎng)度為最短長(zhǎng)度；而當(dāng)全伸時(shí)吊臂位在最大仰角狀態(tài)，液壓缸長(zhǎng)度達(dá)到最大長(zhǎng)度。連接吊臂鉸點(diǎn) ，變幅缸鉸點(diǎn) 和 ，形成12或 。在 中 ，在 中， .12O?'1212?1max??????'12'?????面角 是 與水平線的夾角，它可由下式求得：?0rctan()hef?（2.3）式中， =1.13m， =1.1m， =0.3m。0hef代入式（2.3）得：=54.7°?在 和 確定后，用三角公式求得 的位置，在 中，其邊角關(guān)系為：O1 2O12O?21112cos????在 中，'12?'' ' '1已知， ， =（1.6～1.8） ，并帶入上述 2 式并消去 、'212'12 12，可得 的二次方程式，'12（2.4） ??21 max213.06cos()0.35cos()0OO????????????式中： =1.385m， =80°， =54.7°。221hef?的值是根據(jù)實(shí)際的情況而定，在設(shè)計(jì)中，大體是所設(shè)計(jì)的鉸點(diǎn)應(yīng)位于基本臂工作長(zhǎng)?度 的中點(diǎn)處，由利于起重機(jī)的受力分布，使支點(diǎn)能夠達(dá)到最大的作用效果。在 =0 時(shí)，0l ?由式 2.4 解得 5.26 比較接近中點(diǎn)值，鉸點(diǎn)位置確定為： =0 時(shí)， =5.5 m。2 ?2中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè)圖 2.4 變幅油缸鉸點(diǎn)位置示意圖2.5.3 三鉸點(diǎn)位置的優(yōu)化模型2.5.3.1 三鉸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和受力要求（1）運(yùn)動(dòng)要求三鉸點(diǎn)可簡(jiǎn)化成圖 2.5 所示的液壓缸機(jī)構(gòu)，其中 OB 為機(jī)架（起重機(jī)上）,OA 為搖桿 圖 2.5 三鉸點(diǎn)簡(jiǎn)化模型中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè)（起重機(jī)的臂架） 。變幅油缸缸筒與機(jī)架鉸接于 B 點(diǎn)。液壓缸缸桿與連架桿鉸接于 A 點(diǎn)，φ 為搖桿的擺角，φ 小于 90°，一般在-2° 80°。γ 為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)角。當(dāng)變幅油缸伸長(zhǎng)~時(shí)，A 點(diǎn)由 A1 到 A2 繞 O 點(diǎn)做半徑為搖桿 OA 長(zhǎng)的圓周運(yùn)動(dòng)。AB 為變幅油缸長(zhǎng)度，ABmax 與 ABmin 之差為液壓缸的行程，AB max 與 ABmin 之比應(yīng)在 1.6 1.8 范圍內(nèi)，以便制造。~臂架尾鉸點(diǎn) O 至回轉(zhuǎn)中心線之距 e 值的確定，對(duì)整機(jī)外形尺寸、總重、起重性能以及變幅油缸的受力狀態(tài)，各橋荷分配等主要性能參數(shù)均有很大影響，e 值大可使上車重心后移，減小起重機(jī)的行駛狀態(tài)下的前橋載荷，但同時(shí)降低工作時(shí)的幅度，影響起重機(jī)的作業(yè)半徑，e 值的取值范圍為 1.5m 3.5m；臂架尾鉸點(diǎn)至地面的距離受整機(jī)高度的限制，其值大，~整車的重心提高，影響行駛穩(wěn)定性，一般在 2 3m。~（2）受力要求起重機(jī)變幅油缸的受力狀態(tài)受載荷、臂長(zhǎng)、幅度的影響，在吊臂仰角最小及起重力矩最大時(shí)（仰角大約為 65°左右）受力最大。在工作過(guò)程中盡量使變幅油缸的推力隨臂架仰角而變化的曲線平穩(wěn)，即要求機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角變化較小，只有這樣變幅油缸才能具有良好的工作環(huán)境和合理的機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)形狀。2.5.3.2 三鉸點(diǎn)的優(yōu)化模型（1）模型的簡(jiǎn)化設(shè) r 為從動(dòng)搖桿 OA 的長(zhǎng)度，d 為機(jī)架 OB 的長(zhǎng)度，L 為機(jī)架鉸接點(diǎn) B 到活塞桿鉸接鏈點(diǎn) A 的距離，φ 為從動(dòng)搖桿 OA 的擺角，γ 為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)角，下標(biāo) 1、2 分別表示初始位置和終止位置。設(shè)機(jī)架的長(zhǎng)度 d 為單位長(zhǎng)，m=r/d，n=L/d，變幅油缸的伸長(zhǎng)系數(shù) λ=L2/L1。當(dāng)機(jī)構(gòu)處于一定位置時(shí)，即 m 為一系列值。由式（2.5） 、 （ 2.6）可求得液壓缸運(yùn)動(dòng)到任意位置時(shí)從動(dòng)件擺角和傳動(dòng)角的變化關(guān)系 n-φ 和 n-γ。從動(dòng)件擺角變化關(guān)系為：21arcosmn????（2.5）傳動(dòng)角的變化關(guān)系為：（2.6）21arcosmn????式（2.6）對(duì) n 求導(dǎo)得：22211(1)()dnmnmn????????（2.7）令 ，則當(dāng) 時(shí)，機(jī)構(gòu)有最大傳動(dòng)角 。0dn??21nm???max?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè)max290(1)rcos()m??????????（2.8）根據(jù)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中傳動(dòng)角的變化，可分成兩種情況：第一種：機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)的始末位置由大致相同的傳動(dòng)角而中間位置取得最大值。即 ，又 ，解得：212()/n????21n??1()/(nm??（2.9）22()/(1?????（2.10）第二種：機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)的始末位置有相同的傳動(dòng)角而中間某位置取得極大值。圖 2.6 分別為 和 兩種情況下三鉸點(diǎn)的模型。1m??時(shí)，按幾何關(guān)系有 ，又 。1212nm???1n??解得：（2.11）21()/?（2.12）2n??（2.13）2216si()m???圖 2.6 三鉸點(diǎn)優(yōu)化模型時(shí)，因?yàn)?，因此 、 、 、 處于同一圓周上。在 和 可得1m?12??1A2OB1OBA:2中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè)到：（2.14）211cosnm????（2.15）222又有幾何關(guān)系： 、 。1??1n?解得：21()/nm???（2.16）22()（2.17）221()4sinm?????（2.18）兩種情況下，當(dāng) 、 為已知時(shí)，可得到 、 值，從而確定三角形形狀。在圖 2.6（??mn時(shí)）中，當(dāng)液壓缸逐步伸長(zhǎng)時(shí)，傳動(dòng)角由 逐步增加到 又再減小到 。1m? 1?max?21??的三鉸點(diǎn)屬于后支式三鉸點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)角大、變幅油缸行程小、結(jié)構(gòu)緊湊，?可使上車重心后移，前橋受力小。在起重作業(yè)時(shí)，可作為配置使用，有利于整機(jī)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是由于變幅油缸上鉸點(diǎn)離吊臂頭部距離大，不利于吊臂的受力，從而造成液壓缸缸徑增大。由于結(jié)構(gòu)上的原因，一般需要雙變幅油缸，布置在吊臂的臂架兩側(cè)，導(dǎo)致操縱空間減小。的三鉸點(diǎn)屬于前支式三鉸點(diǎn)，其傳動(dòng)角變化比較平穩(wěn)，如圖 2.6(b)所示。過(guò) O1m?點(diǎn)以 為半徑作圓弧 與圓弧 比較接近，而圓弧上任一點(diǎn) 傳動(dòng)角恒OA:12CA:12F:12AF為定值，所以圓弧 上任一點(diǎn)傳動(dòng)角的變化較小。本機(jī)采用前支式三鉸點(diǎn)，在三鉸點(diǎn)中，OA 的長(zhǎng)度一般為主臂的 ，由吊臂截/3面特性、載荷等決定，液壓缸伸長(zhǎng)系數(shù) 為 ，吊臂仰角取 。?1.68:280??:最終確定三鉸點(diǎn)的位置如表 2.5 所示。表 2.5 鉸點(diǎn)坐標(biāo)鉸 點(diǎn) 橫坐標(biāo) X/mm 縱坐標(biāo) Y/mm臂架后鉸點(diǎn) -1400 2870變幅油缸鉸點(diǎn) -300 1890注：X——整車縱向?yàn)闄M坐標(biāo)，車前方為正；Y——回轉(zhuǎn)中心軸為縱坐標(biāo)，地面向上為正；原點(diǎn) O——回轉(zhuǎn)中心軸與地面的交點(diǎn)。2.6 具體的設(shè)計(jì)計(jì)算2.6.1 主臂起升高度、吊臂仰角的計(jì)算中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè)主臂起升高度 H 是指吊鉤中心在支撐面以上的距離；吊臂仰角是指吊臂軸線與水平線的夾角。吊臂仰角 計(jì)算公式為??（2.19）211costanLeRe?????????????????主臂起升高度 H 為 （2.20）1sinθcedb式中 R——工作幅度 3m；E——吊臂鉸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心的水平距離 1.28m；L——主吊臂長(zhǎng)度 10.55m；——吊臂鉸點(diǎn)到滑輪中心在垂直吊臂軸線方向的距離 1.32m；??1D——吊臂鉸點(diǎn)到地面的距離 3.145m；B——吊鉤中心離滑輪組中心距離 1.8m。將數(shù)據(jù)分別代入式（2.19）、（2.20）得： ??=73.3°??=11.07??實(shí)際設(shè)計(jì)主吊臂的長(zhǎng)度為 10.55m。2.6.2 臂架整體受力分析臂架的整體受力如圖 2.7 所示。(1) 吊臂變幅平面的強(qiáng)度計(jì)算載荷垂直載荷 Q：2sg1b()3QG???1.502).064???.8N中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè)圖 2.7 臂架的整體受力分析(2) 吊臂變幅平面的強(qiáng)度計(jì)算載荷垂直載荷 Q：2sg1b()3QG???1.502).064???.8N式中 ——額定載荷， ；sQsQ?——吊鉤重力， ；gGg250G——臂架自重， ；bb64——起升沖擊系數(shù)， ；1?1.??——起升載荷動(dòng)載系數(shù)， 。2 20滑輪組效率 為：B?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè)mB1()???10.985921()??式中： ——起升滑輪組倍率 10；m——滑輪組中滑輪的效率 0.985。?故起升鋼絲繩的拉力 S: 2sgB()QGSm????41.0520).710N.91???由 Q、S 引起的軸向力 ：zTcosQS????542.8016.7210cos.9????9N式中： ——重物與臂架軸線夾角， ；?3?????——起升鋼絲繩與臂架夾角， 。?19?由 Q、S 引起的軸向力 ：yTsiniQS???542.8016.7210sin.9????479N由 Q、S 引起的臂端力矩 ：LyMLy2sg12()cossMGeS??????41.50536.1.7103.5cos1.9?????9.34Nm?式中： ——臂端定滑輪與吊臂軸線的偏心距， ；1e 16.me?——臂端導(dǎo)向滑輪與吊臂軸線的偏心距， 。2 305中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè)(3) 旋轉(zhuǎn)平面的強(qiáng)度計(jì)算載荷貨物的偏轉(zhuǎn)側(cè)向力為 ：hTsg()tanQG???25052091N???式中： ——重物的偏轉(zhuǎn)角， 。?轉(zhuǎn)化到臂端得吊載風(fēng)載荷和慣性載荷 ：bTbWH0.4()TP??92675.N??式中： ——吊臂側(cè)面迎風(fēng)面上的風(fēng)載荷；WP1.0.92CA?其中， C——風(fēng)力系數(shù)，查文獻(xiàn) [7]，取 C=1.55；——工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，查文獻(xiàn) [7]， ；1 210.659N/mP??——臂架垂直于風(fēng)向的實(shí)體迎風(fēng)面積， ；A .31.6.A?——吊臂的慣性載荷， 。HPH5.40aM?其中， ——機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)載系數(shù)，查文獻(xiàn) [7]，取 ；5?5.?——起動(dòng)（制動(dòng)）加速度， ；a??=0.1??/??2M——吊臂總質(zhì)量，M =6400kg。側(cè)向力 為：xTxhbT??209175.6284.N(4) 使吊臂扭轉(zhuǎn)的扭矩 nsg1()taMQGe???7250536.tan1.850m?????2.6.3 變幅油缸受力分析已知： Q——垂直載荷， ；52.801NQ?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè)——臂架自重， ；bG4b6.10NG??——起升沖擊系數(shù)， ；1??——起升載荷動(dòng)載系數(shù)， ；2 2.——起升鋼絲繩與臂架夾角， ；?19???——變幅油缸與吊臂軸線夾角， ；? ?——臂端定滑輪與吊臂軸線的偏心距， ；1e 1536.me——吊臂鉸點(diǎn)與吊臂變幅油缸鉸點(diǎn)沿吊臂軸線方向距離， ；L 15.2L?——吊臂鉸點(diǎn)與吊臂變幅油缸鉸點(diǎn)在垂直軸線方向距離， ；1h 4h——吊臂重心與吊臂鉸點(diǎn)沿吊臂軸線方向的距離， ；2 27——吊臂重心與吊臂鉸點(diǎn)在垂直吊臂軸線方向的距離， ； 0.5m?M——副臂對(duì)主臂頭部產(chǎn)生彎矩，因?yàn)闆](méi)安裝附臂，M=0。具體受力分析見(jiàn)圖 2.7，列出各個(gè)方向上的力和力矩方程。(1) ，即： Z0F??Zbsincoscos0NGFSQ????????（2.21）(2) ，即：y0?ybcosinsiin0S???????（2.22）(3) ，即：0M??112b2b21cosinsicoscossincosFhLGhhGLQeL?????????????????20SM???（2.23）綜合上面三式，解得： 51.40NZN???y3中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè)5.081NF??2.6.4 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)受力分析轉(zhuǎn)臺(tái)的受力如圖 2.8 所示：圖 2.8 轉(zhuǎn)臺(tái)受力示意圖(1)轉(zhuǎn)臺(tái)變幅油缸鉸點(diǎn)受力橫向分力 為：xFxcos()F????5.081(73.12)46N???縱向向分力 為：yysin()F?????5.081si(73.12)50679N?????(2)轉(zhuǎn)臺(tái)臂架鉸點(diǎn)受力橫向分力 為：xNijcosinN???5 53.1073.140sin73.2547N??????縱向向分力 為：yNijsncosN???中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè)553.10sin73.140cos73.29581N?????????(3)轉(zhuǎn)臺(tái)在主卷?yè)P(yáng)處受力橫向分力 為：xScos()S????42.71073.19)873N????縱向向分力 為：ysin()S???42.710si(73.19)256N????中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè)3 伸縮式吊臂的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 伸縮臂截面參數(shù)的確定3.1.1 吊臂截面的選取起重機(jī)的伸縮式吊臂是一個(gè)雙向壓彎構(gòu)件，除受整體強(qiáng)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、充分利用材料，是伸縮式吊臂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。為了減輕伸縮臂的重量，人們對(duì)它的重量作過(guò)很多探討。歸納起來(lái)，伸縮臂可做成如圖 3.1 所示的幾種典型箱形截面：矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、U 形、橢圓形截面等。（1）矩形截面是由上下翼緣板和腹板焊接而成的，它是目前輪式起重機(jī)伸縮式吊臂中用得最多的截面形式。與其他界面形式相比，矩形截面的制造工藝簡(jiǎn)單，具有較好的抗彎能力與抗扭剛度等優(yōu)點(diǎn)。但是這種截面沒(méi)有充分發(fā)揮材料的承載能力，而且為了使伸縮臂間能能很好地傳遞扭矩和橫向力需設(shè)附加支承。由于矩形截面腹板上隔一定距離在腹板受壓區(qū)設(shè)置縱向筋，或在腹板外側(cè)設(shè)置斜向筋，以增強(qiáng)腹板的抗屈曲能力。制造時(shí)，下蓋板比上蓋板厚些，一方面可以使中性軸下移，從而減小下蓋板的壓應(yīng)力，另一方面滿足下蓋板的局部穩(wěn)定性。局部高應(yīng)力區(qū)如滑塊支承處附近一般還要用加強(qiáng)板進(jìn)行局部加強(qiáng)。（2）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(jī)。其橫向抗彎剛度和抗扭剛度比矩形截面好。正梯形腹板的上半部分拉應(yīng)力較大，提高了腹板的穩(wěn)定性系數(shù)。倒梯形下蓋板較窄，可以避免下蓋板的局部失穩(wěn)。吊臂截面下部做成圓形或其他折線狀，都是為了提高下蓋板的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)可以使下蓋板較薄，尤其是在采用高強(qiáng)度鋼時(shí)的大噸位輪式起重機(jī)上應(yīng)用較多。（3）八邊形和大圓角矩形截面的下翼緣和腹板的實(shí)際計(jì)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，因此這兩種面形式的伸縮臂能較好地發(fā)揮草料機(jī)械性能，減輕結(jié)構(gòu)自重。對(duì)大噸位起重機(jī)，采用這種截面形式是合適的。（4）兩種五邊形截面都具有下翼緣板窄的特點(diǎn)，對(duì)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。（5）六邊形截面?zhèn)劝灞?，壓成折彎形，手里合理：下蓋板較上蓋板寬度小，具有較高抗屈曲能力，目前在百噸級(jí)別的起重機(jī)上有應(yīng)用。（6）橢圓形截面是一種受力較理想的吊臂截面形式，具有較強(qiáng)的抗屈曲能力，能充分發(fā)揮材料的性能。但橢圓截面也需設(shè)側(cè)向支承，且制造工藝更為復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有此種截面形式的伸縮臂。焊縫位于左右腹板中部，受力小。該吊臂具有強(qiáng)度高、剛度好、自重輕、自動(dòng)對(duì)中、運(yùn)行阻力小等特點(diǎn)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2011 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè)（7）文獻(xiàn) [2]對(duì)不同截面形狀進(jìn)行了研究工形(U 形更佳)的形狀最好。以相同的起重能力為條件，以矩形截面的面積為比較基準(zhǔn)，將其它形狀的截面面積 的下降百分比數(shù)（即耗鋼量）列于表 3.1 中。圖 3.1 箱形吊臂各種截面形式1－里節(jié)臂尾部滑塊；２－外節(jié)臂前部滑塊表 3.1 各種截面形狀的比較表正梯形 倒梯形 五邊形 八邊形 大圓角形 U 形-20% -5% -25% -24% -31% -35%除截面 d、e、 f、i 外，其余截面在傳遞扭矩和橫向時(shí)都需另設(shè)側(cè)向滑塊支承。另外，滑塊支承在蓋板上或側(cè)板正方向時(shí)，將產(chǎn)生負(fù)加局部彎曲或局部壓縮，對(duì)板的穩(wěn)定不利。所以，在截面 d、e、f、i 等形式中避免了這種不利因素。同時(shí)，在非四邊形截面中，滑塊的布置能使伸縮臂節(jié)在滑塊上自動(dòng)對(duì)中，減少了回轉(zhuǎn)撓度切向平面內(nèi)的側(cè)向間隙撓度，這可以大大改善吊臂的受力狀況。目前國(guó)內(nèi)的 25t 伸縮臂式汽車起重機(jī)的截面形式大多采用大圓角六邊形，其加工工藝性較好。下槽板比上槽板厚些，一方面可以使截面中性軸下移，從而減少了下底板的壓縮應(yīng)力，另一方面滿足下底板的局部穩(wěn)定性。考慮到局部失穩(wěn)的問(wèn)