履帶式起重機(jī)桅桿頂升部分結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),履帶式起重機(jī)桅桿頂升部分結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),履帶式,起重機(jī),桅桿,部分,部份,結(jié)構(gòu),液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 摘要 作為整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)重要組成部分，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中具有非常特殊的地位。作為一種廣泛應(yīng)用于水電、港口、建筑、鐵路與石油等其他工程項(xiàng)目中移動式起重機(jī)械，履帶式起重機(jī)主要是行走驅(qū)動系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、陀螺系統(tǒng)和變幅系統(tǒng)等組成。本設(shè)計(jì)宗旨是履帶式起重機(jī)高效率、高功率、高可靠性要求，對起重機(jī)升降系統(tǒng)進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)解析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)起升液壓系統(tǒng)回路。 最終表明，針對于定量泵與變量電機(jī)組成常的閉式液壓系統(tǒng)展開正確的探討，增大起升系統(tǒng)的安全性，達(dá)到起重機(jī)重載荷低轉(zhuǎn)速行駛、空載荷高轉(zhuǎn)速節(jié)能控制的目的。 關(guān)鍵詞 履帶式起重機(jī)；起升系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；液壓回路 Abstract As an important part of the whole mechanical design, the hydraulic system design has a very special position in the design. As a kind of moving lifting machinery widely used in other engineering projects, such as hydropower, port, construction, railway and petroleum, crawler crane is mainly composed of walking drive system, lifting system, gyroscope system and amplitude variable system. The purpose of this design is the high efficiency, high power and high reliability requirements of the crawler crane, and the comprehensive data analysis of the lifting system of the crane. On this basis, the hoisting hydraulic system circuit is designed. Finally, it shows that the closed hydraulic system, which is often composed of the quantitative pump and the variable motor, is discussed correctly, and the safety of the lifting system is increased, and the purpose of the crane heavy load and low speed driving and the high speed and high speed energy saving control is achieved. Keywords crawler crane lifting system hydraulic system hydraulic circuit 36 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1履帶起重機(jī)綜述 1 1.1.1國內(nèi)和先進(jìn)國家的履帶式起重機(jī)現(xiàn)狀 1 1.1.2履帶式起重機(jī)液壓發(fā)展趨勢 3 2履帶式起重機(jī)起升系統(tǒng) 6 2.1履帶式起重機(jī)組成 6 2.2起升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能分析 8 2.3起升液壓系統(tǒng) 8 3履帶式起重機(jī)桅桿起升部分結(jié)構(gòu) 11 3.1起升機(jī)構(gòu) 11 3.1.1起升機(jī)構(gòu)組成 11 3.1.2起升機(jī)構(gòu)工作原理 12 3.2起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型 12 3.2.1創(chuàng)建起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型基本假定 12 3.2.2起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型 13 4起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)模型參數(shù)計(jì)算 15 4.1質(zhì)量（轉(zhuǎn)動慣量） 15 4.2剛度 15 4.2.1吊臂 15 4.2.2鋼絲繩 16 4.3阻尼系數(shù) 17 4.4等效力矩 18 4.5桅桿起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真 19 4.5.1建立液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 19 4.5.2仿真計(jì)算結(jié)果和分析 20 5算例（QY20）汽車起重機(jī)起升機(jī)構(gòu) 24 5.1起升工況動態(tài)仿真 24 5.1.1仿真工況分析 24 5.1.2仿真結(jié)果分析 25 5.2仿真工況分析和結(jié)果分析 25 6履帶式起重機(jī)起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 6.1起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作原理 27 6.2起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 28 6.3液壓輔助元件選擇 30 6.3.1油路的通徑 30 6.3.2油箱選擇 31 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 1 緒論 1.1履帶起重機(jī)綜述 社會的不斷進(jìn)步和技術(shù)不斷地發(fā)展，還有不斷地對高效生產(chǎn)的具有不停追求的企業(yè)，并且人們對起重能力、起升高度、作業(yè)幅度和起重機(jī)自身操縱范圍等愈來愈高的需求，正在發(fā)生快速增長的正是履帶式起重機(jī)的市場。 履帶式起重機(jī)是一種在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域被大眾所使用的起重器械，地壓比較小、爬坡很厲害、可以帶重物驅(qū)動等很多優(yōu)秀的閃光點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備建設(shè)、大橋建設(shè)、開發(fā)石油和化學(xué)工廠、水利大壩等工業(yè)領(lǐng)域，它具有移動性起重設(shè)備無法代替的王者位置，并且可以借助附加的一些裝置實(shí)現(xiàn)一臺機(jī)器多種用法用等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和科技快速發(fā)展，市委政府工程、工廠礦業(yè)、機(jī)場、輪船碼頭、核電站建設(shè)規(guī)模愈來愈大，履帶式起重機(jī)憑借它獨(dú)自擁有的優(yōu)勢，讓越來越多的人相信它的便捷和性能，產(chǎn)品線、功能和性能日益提升，如圖1-1所示。 圖1-1履帶式起重機(jī)應(yīng)用 1.1.1國內(nèi)和先進(jìn)國家的履帶式起重機(jī)現(xiàn)狀 由于現(xiàn)代的技術(shù)和國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的基礎(chǔ)設(shè)施越來越雄偉，需要用到吊起才能運(yùn)走的大型貨物的重量、質(zhì)量、體積和高度越來越大。在能做到這一點(diǎn)上，一臺機(jī)器脫穎而出并且因?qū)嵺`而顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢，它就是—履帶式起重機(jī)。履帶式起重機(jī)因?yàn)橹T多優(yōu)勢而被消費(fèi)者所需求，市場需求量飛速提升，從而引起了國內(nèi)外知名的機(jī)械廠商所重點(diǎn)關(guān)注，這讓我國的機(jī)械公司看見了商機(jī)。 我國國內(nèi)的履帶式起重機(jī)的出現(xiàn)并開始發(fā)展到今天時(shí)間是非常之短的，我國花費(fèi)了大量的心血和金錢引進(jìn)了德國與日本的中小型噸位起重機(jī)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，和世界上科技發(fā)達(dá)的國家相比較，我國國產(chǎn)履帶式起重機(jī)技術(shù)核心含量低、噸位小、產(chǎn)品線發(fā)育低。在技術(shù)上我國的技能開發(fā)也不夠，和發(fā)展國家比我國還有很大的進(jìn)步空間。近些年來，我國的技術(shù)人員在努力的克服種種問題，起重機(jī)的技術(shù)發(fā)展迅速，噸位在不斷地提高，系列在不停地拓展開來。 根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，各個(gè)企業(yè)的起重機(jī)每年的產(chǎn)量都不相同，數(shù)量從10臺機(jī)器到大約200臺不等，其中的產(chǎn)品以200t及200t以下噸位為主。中國工程起重機(jī)的龍頭老大——徐州重型機(jī)械有限公司，在2003年，徐重花大價(jià)錢進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，從國外買進(jìn)了許多高級先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，使得大型的結(jié)構(gòu)件焊接和加工制造水平直線上升。徐州企業(yè)致力于自主研發(fā)新興技術(shù)，向世界發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)，成功的突破了一些困難的機(jī)械制造核心技術(shù)，靠自己的技術(shù)人員的努力已經(jīng)獲得了履帶式起重機(jī)方面一共八項(xiàng)國家專利，徐工重主要生產(chǎn)的系列產(chǎn)品有QUY50、QUY150、QUY100、QUY35、QUY300，產(chǎn)品的多樣性豐富填補(bǔ)了市場的不足，現(xiàn)在徐州重工正在研發(fā)更大的、更重的噸位起重機(jī)，對于將履帶式起重機(jī)系列做的更加強(qiáng)大這個(gè)目標(biāo)，他們一直在不停地努力。 在2004年11月，上海的寶馬會上三義重工公布展出了50t履帶式起重機(jī)，而且他們現(xiàn)在還在努力開發(fā)80t、150t的起重機(jī)。 我國生產(chǎn)履帶式起重機(jī)時(shí)間的歷史最久的公司是撫挖，又可以稱為撫順挖掘機(jī)制造有限責(zé)任公司，它是在原撫挖的基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的投資設(shè)置的公司，新的技術(shù)使它獲得了新生。撫挖生產(chǎn)的主要系列型號起重機(jī)有QUY50C、QUY35、QUY100、QUY80A、QUY150、QUY50A等等。 中國工程最主要的生產(chǎn)起重機(jī)公司—中聯(lián)濮陽。僅僅在2002年才起進(jìn)入履帶式起重機(jī)的行業(yè)，在2005年年初，他們就推出一個(gè)全新的新產(chǎn)品—200t履帶式起重機(jī)。 30-70噸履帶起重機(jī)的最重要的生產(chǎn)公司是撫順工程機(jī)械有限公司。 最關(guān)鍵原因還是因?yàn)槲覈穆膸狡鹬貦C(jī)研究開發(fā)的時(shí)間相對于先進(jìn)國家來說太短了，生產(chǎn)起步也很晚，國內(nèi)大眾對于起重機(jī)的認(rèn)識太少，2000年之前的市場需求量非常的少，國內(nèi)起重機(jī)的技術(shù)發(fā)展速度又太慢。最近幾年來，國家在快速發(fā)展，建設(shè)規(guī)模變大，人們需要履帶式其中的幫助，他們認(rèn)識到了起重機(jī)的實(shí)用性和便捷性，市場的快速發(fā)展正在迅速增長。但是，和發(fā)達(dá)國家相比還是有一定的差距，具體如下： 1. 產(chǎn)品可靠性需要改進(jìn) 最近幾年來，國內(nèi)企業(yè)在履帶式起重機(jī)技術(shù)方面取得了一定的成績，然而，由于開發(fā)時(shí)間較短，與發(fā)達(dá)國家的知名企業(yè)相比，起重機(jī)的安全性能需要不止一層。現(xiàn)在就目前來說，產(chǎn)品安全性和優(yōu)秀的性能在諸多國際化配套的器械當(dāng)中有了相當(dāng)大的進(jìn)步。 2. 技術(shù)水平雖有差距但有全新發(fā)育 大噸位產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，甚至在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的功能都有一定的不成熟。徐州重企業(yè)和其他公司正在盡全力攻破難關(guān)，我國為了能夠簡單拆卸裝配，減少安裝拆卸輔助機(jī)件的時(shí)間，還降低了對于安裝過程中起到輔助作用的起重機(jī)械的要求，徐州機(jī)械重企已經(jīng)擁有了桅桿吊起專利技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以讓起重機(jī)實(shí)現(xiàn)自己安裝拆卸；像徐州機(jī)械重企這樣的大型企業(yè)一向關(guān)注產(chǎn)品的自主研發(fā)，并投入了大量的資金、心血和人才，已經(jīng)擁有了自己專屬的十幾種核心技術(shù)，一直在提升自己的實(shí)力?？偨Y(jié)，國外的知名企業(yè)有自己的專有技術(shù)，國有企業(yè)需要發(fā)展自己的核心技術(shù)，提升自己的檔次和市場競爭力，這是迫在眉睫的事情。 3. 種類少、產(chǎn)能低，但試樣比較多、產(chǎn)量常年遞增 不過從現(xiàn)在來看，國內(nèi)30-300t的系列國產(chǎn)起重機(jī)已經(jīng)形成一個(gè)系列，種類很少，重型機(jī)少，中輕型機(jī)號一樣的又很多，但是國外企業(yè)的產(chǎn)品型號種類繁多，最大噸位是1600噸；國內(nèi)的起重機(jī)生產(chǎn)速度也跟不上市場消耗，產(chǎn)量低，和國外的企業(yè)相比，就是一個(gè)沒有形成規(guī)劃式生產(chǎn)模式的企業(yè)生產(chǎn)實(shí)力，規(guī)模小就很難與國外競爭，使得研究發(fā)現(xiàn)、市場售出、客后服務(wù)等一整條服務(wù)鏈不經(jīng)濟(jì)。 為了趕上世界發(fā)達(dá)國家的腳步，國企發(fā)憤圖強(qiáng)、努力不落后。這3年來，新型型號推出速度增快，并且噸位也在逐漸變大。尤其是徐重先后就上市了4、5種新品，而且都是重大型號的起重機(jī)。由于新型機(jī)械產(chǎn)品的出產(chǎn)，以徐中為代表的實(shí)力型企業(yè)也已經(jīng)進(jìn)入了高端技術(shù)的成熟發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：首先由采用特殊種類進(jìn)口高強(qiáng)鋼、特殊種類復(fù)合材料、高尖端檢查測試手段等，來保證整體產(chǎn)品性能更安全可靠；其次是擁有履帶式起重機(jī)的幾十項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)；最后是經(jīng)過多年的技術(shù)和進(jìn)行大數(shù)額的投資，制造技術(shù)得到了極大的改進(jìn)，極大地滿足了高新技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。 4. 進(jìn)軍國外市場 根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，今年上半年共有228臺進(jìn)口履帶起重機(jī)，但出口到國內(nèi)企業(yè)的履帶起重機(jī)數(shù)量僅為12輛，供不應(yīng)求。第一，中國的起重機(jī)應(yīng)首先在本國市場發(fā)展，提高第二世界國家市場的出口量，要求不是很高。這是一種擴(kuò)充企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，促進(jìn)國內(nèi)履帶起重機(jī)行業(yè)快速發(fā)展的途徑。 圖1-2履帶式起重機(jī) 1.1.2履帶式起重機(jī)液壓發(fā)展趨勢 根據(jù)國內(nèi)外起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，履帶起重機(jī)的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)： 1. 為了滿足大型工程項(xiàng)目的需要，起重機(jī)正在迅速發(fā)展到超噸位。 由于各種工程的大規(guī)模施工，所需的設(shè)備部件重量不斷增加，對超大起重設(shè)備的需求也越來越多。為了實(shí)現(xiàn)重吊，在原有起重機(jī)基礎(chǔ)上增加了額外的提升裝置，不僅擴(kuò)大了履帶起重機(jī)的工作范圍，而且提高了履帶起重機(jī)的性能。隨著起重機(jī)的使用。目前，履帶式起重機(jī)的最大噸位已超過1000噸，例如德馬格的CLC1200型起重為1600噸，而利勃海爾的LRL1200型重量為1200噸，隨著超提升裝置的不斷完善，大噸位履帶式起重機(jī)的發(fā)展已成為BEC。這是現(xiàn)實(shí)。 2. 核心技術(shù)化 所有的知名企業(yè)都有自己獨(dú)特的核心技術(shù)，在不斷創(chuàng)新中，同行業(yè)的領(lǐng)先地位需要付出很大的努力來保持?，F(xiàn)在各大企業(yè)都在努力研究和開發(fā)自己的核心技術(shù)。他們需要不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力。 3. 充分利用新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)計(jì)方法，提高整機(jī)性能 通過充分利用新技術(shù)、新技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，不斷開發(fā)新材料、新結(jié)構(gòu)、新功能，提高產(chǎn)品競爭力。例如，臂架材料的1000 MPa拉伸強(qiáng)度已被大量使用，從而大大減輕了吊桿的重量，并提高了產(chǎn)品的提升性能。整機(jī)結(jié)構(gòu)也逐漸采用高強(qiáng)度材料，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大降低了整機(jī)的重量。同時(shí)，增加了必要的體重，以保證整機(jī)的穩(wěn)定性。這使得大噸位產(chǎn)品性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)性好。 4. 操作控制系統(tǒng)的智能化 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷成熟，進(jìn)一步發(fā)展的電腦控制技術(shù)和集成傳感技術(shù)在履帶式起重機(jī)業(yè)內(nèi)得到大量的應(yīng)用，完善的電子控制技術(shù)和電腦執(zhí)行系統(tǒng)的裝備已經(jīng)十分常見，德國立博海爾公司在特大型履帶式起重機(jī)上還裝有全球衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)。 5. 自行拆裝系統(tǒng) 拆卸和裝配的性能是履帶式起重機(jī)的重要指標(biāo)。由于履帶式起重機(jī)不能在道路上自由行走，車體又笨又重，在運(yùn)輸前、工作地點(diǎn)、組裝后必須拆卸，需要起重機(jī)。為了減少或不使用輔助起重機(jī)，節(jié)約施工成本，開發(fā)一種自動組裝和拆卸系統(tǒng)勢在必行。目前，中型噸位履帶起重機(jī)自拆解系統(tǒng)已相對完善，大噸位自裝卸系統(tǒng)仍是一個(gè)難題。 6. 多種用途的機(jī)器擴(kuò)大工作范圍 為了拓寬履帶起重機(jī)的使用范圍，國外卡特彼勒起重機(jī)分為兩大系列，一種是專業(yè)吊裝卡特彼勒起重機(jī)，一種是多功能履帶起重機(jī)。除了起重功能外，多功能履帶起重機(jī)還可以配備抓斗、打夯、打樁、鉆床、電磁吸盤、連續(xù)墻開挖等設(shè)備。 7. 模塊化、系列化 工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣化使得特種起重機(jī)市場不斷擴(kuò)大。為了降低制造成本，提高通用性，通過模塊化組合形成不同規(guī)格、不同規(guī)格的起重機(jī)，滿足特殊需要，發(fā)揮最佳效用。例如，當(dāng)履帶起重機(jī)配備連續(xù)壁裝置時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)壁功能。履帶起重機(jī)的上臂采用塔式臂的臂段，組合成輕臂，優(yōu)化了臂架組合，擴(kuò)大了起重機(jī)臂的使用性能，節(jié)省了材料。目前，國外履帶起重機(jī)系列是比較完美的，和起重機(jī)系列也在不斷完善在中國。 8. 人機(jī)工程化 根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，對駕駛室的操縱性、舒適性、布局合理性、視野和安全性進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。產(chǎn)品體現(xiàn)了以人為本的理念。它符合人機(jī)工程學(xué)從操作方便、舒適和視覺，甚至到平臺的布局，梯子，防滑措施。除此以外，為了降低維護(hù)和維修勞動強(qiáng)度，集中履帶式起重機(jī)廣泛應(yīng)用于大型履帶起重機(jī)。 9. 重視產(chǎn)品變型和升級。 為了提升新產(chǎn)品的速度，確保其在行業(yè)中的地位，世界知名企業(yè)已經(jīng)使其產(chǎn)品更加成熟。他們都相當(dāng)關(guān)注產(chǎn)品的優(yōu)化及更新，這樣也具有優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)效益。 2履帶式起重機(jī)起升系統(tǒng) 2.1履帶式起重機(jī)組成 如下圖2-1所示。 圖2-1履帶式起重機(jī)組成 （1） 取物裝置 起重機(jī)上通常會分配有吊鉤或者其他專業(yè)用來取物的設(shè)備能夠吊起重物和頂升機(jī)械結(jié)構(gòu)連接起來的設(shè)備，又簡稱為吊具。 （2）吊臂 用來支撐滑輪組和提升鋼絲繩的鋼結(jié)構(gòu)可以采用螺距來改變工作半徑。它還能直接裝在上部回轉(zhuǎn)平臺上，必要時(shí)吊臂的長度會依據(jù)施工現(xiàn)場的狀況來增加長度。必要時(shí)，還可以在主吊臂頂端安裝吊桿，用來使起重機(jī)的工作范圍增大，這種吊桿稱為副吊臂。 （3）上車回轉(zhuǎn)部分 在增高操縱時(shí)期使用履帶式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分零件來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，包含安裝在平臺上的除配重力吊鉤，吊桿等之外的其余全部機(jī)構(gòu)和裝置部分零件。 （4）行走部分 其位于履帶式起重機(jī)下部，并且為履帶式起重機(jī)底座和上車回轉(zhuǎn)部分最基本的一部分。它主要有驅(qū)動輪、履帶、導(dǎo)輪、滾動輪、行走齒輪箱、行走馬達(dá)、履帶式伸縮油缸和履帶張緊器等部分組成。 （5）回轉(zhuǎn)支承部分 他是用來支撐上車回旋部分所用到的重要裝置，并安裝在下部分車底座部位，其中包含其所有回轉(zhuǎn)、不轉(zhuǎn)和滾轉(zhuǎn)動零件部位和用來巨鼎它的機(jī)械支撐架。 （6）配重 配重是有特殊形狀的鐵件，裝設(shè)在回轉(zhuǎn)平臺后面，目的是增設(shè)重量使起重機(jī)重心沉穩(wěn)。在必要的時(shí)候，鐵件可以拆開并分開運(yùn)輸。 （7）動力裝置 動力裝置又可以稱為動力源。四沖程柴油發(fā)動機(jī)是主要?jiǎng)恿υ?，它通過使用液壓泵將內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械力轉(zhuǎn)換為液壓力，在利用液壓油管和各種液壓閥把液壓能傳遞到液壓電機(jī)和缸體里，最后液壓電機(jī)和液壓缸將會有豬狗的機(jī)械能讓機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作。 （8）機(jī)械傳動部分 利用機(jī)械的方式傳遞機(jī)械能，再利用電機(jī)和液壓缸傳遞液壓能帶動機(jī)件工作。機(jī)械傳動部分主要由齒輪箱、離合器、卷筒、軸、軸承、滑軌等部分組成。 （9）液壓傳動系統(tǒng) 其主要組成機(jī)構(gòu)為液壓泵、調(diào)節(jié)控制閥、液壓馬達(dá)、通道油管、液壓油箱、液壓缸等。液壓馬達(dá)把壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能推動機(jī)構(gòu)運(yùn)作。由于液壓傳動運(yùn)動穩(wěn)健，變速快捷，體積小，重量輕，自身反射鏡功能齊全，被大眾所認(rèn)可廣泛使用。 液壓系統(tǒng)可分為三大部：主油路系統(tǒng)（由主油路、振幅變化、輔助卷、橫向行駛、旋轉(zhuǎn)等主要油路組成）、輔助油路系統(tǒng)（由履帶架伸縮油缸、A型架升降、支腿油缸、回油冷卻等組成）、伺服油路系統(tǒng)（腳踏板、手動先導(dǎo)控制和各主卷、翻卷、變幅棘爪制動器等油路所組成）。 （10）控制裝置 它是用于操作和控制起重機(jī)各種工作機(jī)構(gòu)，以便于每個(gè)機(jī)構(gòu)可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行啟動、變換方向、加速或減速、停止，來完成起重機(jī)的各種操作。其主要由操縱桿控制閥、電閘、按鈕、制動器等組成。 （11）工作機(jī)構(gòu) 履帶式起重機(jī)工作機(jī)構(gòu)主要包括振幅機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)等。振幅機(jī)械結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)吊鉤在上下平面內(nèi)動作；卷揚(yáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)吊鉤直線上下運(yùn)動；旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)吊鉤在橫向平面內(nèi)移動。上面的三種機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)吊鉤在起重機(jī)工作范圍內(nèi)隨意運(yùn)作。 （12）操縱機(jī)構(gòu) 蓄能器通過工作油存儲離合器、旋轉(zhuǎn)制動器、變幅制動器、行程制動器、鎖定機(jī)構(gòu)等，而蓄能器內(nèi)的液壓油由發(fā)動機(jī)后部一個(gè)液壓泵控制。從蓄能器流出壓力油分別流向電磁換向閥、液壓控制閥和離合器，通過操作室中能夠操控這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的按鈕和操縱桿來是對應(yīng)的器件動作。 （13）電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)由主電路、監(jiān)控電路、控制電路、轉(zhuǎn)矩限制器電路、自動停止電路和制動控制電路等部分組成。 （14）安全裝置 安裝安全裝置主要是保護(hù)履帶式起重機(jī)不會因?yàn)殄e(cuò)誤的操作而發(fā)生損壞。履帶起重機(jī)工作機(jī)構(gòu)一般都配備升降機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。升降機(jī)械結(jié)構(gòu)可以來將重物直線上下移動；變幅機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以將物品在橫向平面內(nèi)水平移動；讓履帶起重機(jī)轉(zhuǎn)移工作場所并且行走機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑽锪显诼膸鹬貦C(jī)吊臂所能觸及的空間里的位置隨意移動。 本次設(shè)計(jì)主要研究履帶式起重機(jī)的頂升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2.2起升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能分析 起重機(jī)主要的機(jī)械機(jī)構(gòu)之一是桅桿頂升部分機(jī)構(gòu)，它是由鋼絲繩、滑輪組、卷筒、原動機(jī)和吊鉤組合而成。原動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是由滑輪組、鋼絲繩、卷筒實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動和力的傳遞，并且最終轉(zhuǎn)變?yōu)榈蹉^垂直上下運(yùn)動。桅桿頂升系統(tǒng)原動機(jī)使用液壓馬達(dá)，這是提升起重噸位所必須需要的。大型起重機(jī)有主、副兩套升降系統(tǒng)，可以優(yōu)秀的完成頻繁而繁重地起重工作。 提升動作是起重機(jī)中最常見普通的動作。主頂升系統(tǒng)是一個(gè)常閉式液壓系統(tǒng)，主要由內(nèi)里安裝好的定量馬達(dá)和恒定不變功率的變量泵組成。液壓系統(tǒng)里液壓馬達(dá)將高壓力流體的液壓能量轉(zhuǎn)換為能使機(jī)械運(yùn)作的能量，導(dǎo)致原動主機(jī)的工作部分零件需要超過負(fù)載和阻力而產(chǎn)生運(yùn)動能量。變量馬達(dá)可以輕松地效率地達(dá)到重載低速、節(jié)能效果和輕載高速。通過調(diào)控變換馬達(dá)內(nèi)部的有角度的平面達(dá)到調(diào)整馬達(dá)流出的液體體積的目的，使其可以低轉(zhuǎn)速運(yùn)動，但卻使馬達(dá)向外產(chǎn)出大轉(zhuǎn)矩；在其高速狀態(tài)下，馬達(dá)輸出小轉(zhuǎn)矩。 2.3起升液壓系統(tǒng) 機(jī)構(gòu)和操控單元的液壓單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等其構(gòu)成了履帶式起重機(jī)桅桿頂升部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分。用戶可以操控單個(gè)元件結(jié)構(gòu)到達(dá)對液壓系統(tǒng)的控制，例如齒輪減速機(jī)等機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)則用液壓馬達(dá)來讓它能夠動作的，齒輪減速機(jī)向外產(chǎn)出扭轉(zhuǎn)力矩再通過升降滑輪組和鋼絲繩來想一個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動，這樣可以使物料進(jìn)行升降運(yùn)動。 桅桿頂升部分液壓系統(tǒng)具有五花八門的存在，與目前起重機(jī)市場上的典型液壓系統(tǒng)產(chǎn)品相對比，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的方式和油液流動的方式變化很大，本次設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠把履帶式起重機(jī)桅桿頂升部分液壓系統(tǒng)分為兩大類——開放式系統(tǒng)和封閉式系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)分析和比較這兩種基本系統(tǒng)原理和特點(diǎn)，整理如下： 1. 開式系統(tǒng) 目前，開式液壓系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛、最讓人熟知，從國內(nèi)外主流的起重機(jī)起升液壓系統(tǒng)來看。圖2-2所示就是最經(jīng)典的開放式系統(tǒng)液壓理圖。 1.液壓泵 2.溢流閥 3.先導(dǎo)止回閥 4.平衡閥 5.單元 6.制動單元 7.先導(dǎo)控制閥單元 8.二級安全閥 圖2-2開放式升降系統(tǒng)液壓原理圖 2.閉式系統(tǒng) 閉式升降液壓系統(tǒng)也被眾人熟知和大范圍的應(yīng)用于履帶式起重機(jī)產(chǎn)品中，封閉式升降液壓系統(tǒng)的基本液壓原理如圖2-3所表達(dá)的。閉式起升液壓系統(tǒng)和開放式系統(tǒng)相比最大的區(qū)別就在于泵入口與電動機(jī)的出油口沒有完全一樣的連接方式。因?yàn)榉忾]式系統(tǒng)中泵入口直接連接到電動機(jī)的出油口。除了這個(gè)不同之外，與開放式系統(tǒng)中的液壓變量泵相比封閉式系統(tǒng)里液壓變量泵也是完全不一樣的，這就要求變量泵里傾斜的平面產(chǎn)生的角度擺動為零。主要時(shí)由于系統(tǒng)中是不可能避免的存在在管道縫隙和接縫處的漏油現(xiàn)象，在封閉式回路中一定要裝備先導(dǎo)止回閥3和補(bǔ)油泵4，先導(dǎo)止回閥3保證了系統(tǒng)可以自己判斷那一端是低壓并向那一側(cè)補(bǔ)充油液。為了避免像諸如換向或倒車等操作引起的壓力波動，在封閉式系統(tǒng)中還設(shè)置具有安全和保護(hù)作用的高壓安全閥2，通常液壓回路兩邊都會裝備一個(gè)高壓溢流閥。 1. 變量泵 2.高壓安全閥 3.止回閥 4.補(bǔ)油泵 5.起升馬達(dá) 圖2-3 閉式起升液壓系統(tǒng)原理圖 1.油箱 2.主溢流閥 3.換向閥 4.平衡閥 5.變量馬達(dá) 6.制動油缸7.二次溢流閥 8.控制閥塊 9.變量泵 圖2-4液壓起升系統(tǒng)原理圖 3履帶式起重機(jī)桅桿起升部分結(jié)構(gòu) 3.1起升機(jī)構(gòu) 3.1.1起升機(jī)構(gòu)組成 作為任何起重機(jī)不能夠缺少的機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)重物的垂直上下提高和降落，所以桅桿頂升部分的結(jié)構(gòu)是起重機(jī)最重要的、也是最基本的機(jī)械結(jié)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)的安全裝置直接關(guān)系到事故的預(yù)防和安全運(yùn)行的關(guān)鍵。 升降機(jī)構(gòu)主要由卷繞系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、撿拾裝置、傳動裝置等安全裝置組合而成，起重機(jī)的驅(qū)動器也略有不同，型號類型不同、配備的撿拾裝置不同，但是布局基本相同。如圖3-1所示，顯示了典型的提升機(jī)械結(jié)構(gòu)布局。 1. 電動機(jī) 2.聯(lián)軸器 3.制動器 4.減速器 5.聯(lián)軸器 6.卷軸 7.鋼絲繩 8.吊鉤滑輪組 9.限位限制器 圖3-1 起升機(jī)構(gòu)傳動簡圖 1.卷繞系統(tǒng)為傳動系統(tǒng)組成的一部分，主要是存儲元件（滑輪和卷軸）和柔性部件（鋼絲繩或者鏈條）和導(dǎo)向組合而成。卷繞系統(tǒng)可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，是作為運(yùn)動形式和能量傳遞的存在。 2.驅(qū)動裝置，起升機(jī)構(gòu)擁有液壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動著三種方式。由直流電機(jī)驅(qū)動的大型工程起重機(jī)操作簡單、維護(hù)便捷、輕量化、重量輕、并且工作可靠。液壓傳動能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的無極調(diào)速，大的傳動比，機(jī)構(gòu)緊湊、操作簡單、運(yùn)行平穩(wěn)、過載保護(hù)措施好。舉例來說，如車輪起重機(jī)、路上起重機(jī)等就是內(nèi)燃機(jī)帶動的機(jī)械結(jié)構(gòu)。就現(xiàn)在來說，有很大可能被液壓驅(qū)動所替代。 3.撿拾裝置是一種用于通過不同形狀和類型的等待被懸掛的物料來分選不同類型的重物的裝置。撿拾裝置設(shè)備的種類太多，而且它們都是各種各樣的東西，其中多次使用的設(shè)備是吊鉤。 4.傳動裝置，內(nèi)含連接軸的機(jī)器、減低速度的器械和傳遞運(yùn)動的軸。齒輪減速器通常采用圓柱齒輪減速機(jī)分為封閉式、臥式、兩級或三級減速機(jī)，減速機(jī)傳動非常大，但減速速度減得慢，通常人們可以添加一副開放式齒輪來獲得低速大扭矩。小地方的方架塑性變形損壞對于機(jī)構(gòu)工作安全性能有非常大的關(guān)系，所以為了彌補(bǔ)它的變形，一般使用具有補(bǔ)償性能彈性聯(lián)軸器和圓柱銷聯(lián)軸器進(jìn)行補(bǔ)償。很少有升降機(jī)構(gòu)也使用浮動軸，也稱為補(bǔ)償軸。補(bǔ)償軸具有提升補(bǔ)償功能，有利于布局和減少磨損。 5. 制動器和安全裝置都是保證起重機(jī)安全的重要，它們都是制動器，每個(gè)分開的驅(qū)動設(shè)備都至少需要一個(gè)支撐制動器。制動器既能保護(hù)設(shè)備的安全，又能讓機(jī)械結(jié)構(gòu)的到良好的控制。常閉式制動器是起升機(jī)構(gòu)必須的。通常起重機(jī)桅桿頂升部分結(jié)構(gòu)不僅僅只能配備一個(gè)制動器，而且一般裝在高速運(yùn)動的軸上。制動器通常采用聯(lián)結(jié)軸的機(jī)器做成制動輪的一半，既是聯(lián)軸器在此時(shí)受到損傷，制動器仍然可以保護(hù)中在工作。 此外，起升機(jī)構(gòu)還配備有安全裝置，如繩索整理裝置器（可以整齊排整繩索）、起過設(shè)定重量就限制其位置的機(jī)器和上升到極限位置就限制運(yùn)動機(jī)器。 3.1.2起升機(jī)構(gòu)工作原理 電機(jī)的運(yùn)行使用連接電機(jī)與高速軸機(jī)器讓其與減速裝置相連，減速器的低速轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動卷軸、吊鉤等撿拾裝置和把纏繞在卷軸上的鋼絲繩和滑輪組接連起來。 當(dāng)電機(jī)的前進(jìn)和退后方向傳送到滾筒時(shí)，鋼絲繩被卷軸向不同的方向旋轉(zhuǎn)而取出并拉入。這樣，當(dāng)?shù)跫芎偷蹉^接連到它的上部材料時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)起升和下落，從而將由馬達(dá)輸入的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為吊鉤的垂直直線運(yùn)動。 常閉式制動器在通電時(shí)會釋放閘門，以便于在發(fā)生斷電時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)還能夠運(yùn)行，并可以讓其在所給定的位置上停止運(yùn)動。在滑輪組升到頂峰處時(shí)，觸摸起升限位限制器以防掛鉤強(qiáng)制上升導(dǎo)致機(jī)件損傷。當(dāng)在負(fù)載接近設(shè)定好的重量數(shù)值時(shí)，重量限制器會快速得到反饋，并發(fā)出警告的信號。顯示出來，然后當(dāng)超過額定值，立即斷開電源，升降機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動，確保起重機(jī)的安全。 3.2起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型 利用軟件MATLAB數(shù)學(xué)工具SIMILINK動態(tài)模擬部分，嘗試在起重機(jī)桅桿頂升部分機(jī)構(gòu)動態(tài)特性方面做研究。使用SIMILINK動態(tài)模擬來求解微分方程。 3.2.1創(chuàng)建起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型基本假定 升降機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型基于以下假設(shè)： （1）假想設(shè)定在傳動機(jī)構(gòu)中在每個(gè)齒輪之間沒有間隙沖擊的存在，在起動過程時(shí)使用預(yù)備的檔數(shù)； （2）假想設(shè)置確定發(fā)力原動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度僅與其機(jī)械特性相關(guān)，并且剩下的其他結(jié)構(gòu)性振動（比如動臂）就不會影響電機(jī)運(yùn)動和轉(zhuǎn)向的速度； （3）在開始動作和停止動作過程中，時(shí)間比較短，整個(gè)過程中用于提升的鋼絲繩長度較小（與提升高度的比例）比較小，因此，假定開始運(yùn)作和停下運(yùn)作的期間鋼絲繩長度不會改變； （4）規(guī)定鋼絲繩纏繞在卷筒上時(shí)鋼絲繩不滑入滑輪的輪槽； （5）忽視地面、支撐結(jié)構(gòu)、框架和其他機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)； （6）忽視頂升機(jī)構(gòu)中每個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)對電機(jī)機(jī)械特性反饋的影響； （7）本研究僅考慮處于起重平面里的振動，此時(shí)不把扭轉(zhuǎn)振動和橫向振動加入論題。 由（3） 、（4） 可得到鋼絲繩的剛度常數(shù)，由（1） 可將傳動機(jī)械結(jié)構(gòu)約等出高效率的質(zhì)量， 從（2） 和（6） 可以看出，升降機(jī)械結(jié)構(gòu)的等效驅(qū)動力矩取決于馬達(dá)機(jī)械特性，通過（5） 得知系統(tǒng)的質(zhì)量運(yùn)動由彈性件變形來決定。 3.2.2起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型 以輪胎式起重機(jī)吊臂舉升機(jī)構(gòu)為例，和其它類型起重機(jī)舉升機(jī)構(gòu)研究方法完全相同。本次設(shè)計(jì)僅討論三質(zhì)量二自由模型（該方案可應(yīng)用于更多質(zhì)量和自由度模型）。假設(shè)，懸臂的質(zhì)量相當(dāng)于懸臂的上端，起重機(jī)和吊具的重量取決于起重機(jī)的重量。卷筒上裝有提升繩索，驅(qū)動裝置和其余兩者之間的傳動裝置。還能夠使用鋼絲繩索和滑動輪組接連在一起，將頂升機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單描述為三種質(zhì)量兩個(gè)自由度的振動系統(tǒng)。計(jì)算簡圖如圖3-2。 圖3-3　起升機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型 圖3-3中：——吊臂等效質(zhì)量； ——吊具的當(dāng)量和在吊重上的起重量； ——滾筒、電機(jī)以及他們之間傳動設(shè)備等效質(zhì)量； 、——吊臂等效剛度和等效阻尼； 、——起升機(jī)構(gòu)在吊重上等效剛度和等效阻尼； 、——質(zhì)量、位移； ——卷筒等效線位移。 根據(jù)牛頓第二定律，參考得出舉升機(jī)械結(jié)構(gòu)的三質(zhì)量二自由度彈性振動系統(tǒng)微分方程： （3-1） 式中：；；——起升鋼絲繩伸長量； ——馬達(dá)和滾筒以及它們之間傳動設(shè)備等在卷筒上等效轉(zhuǎn)動慣量； ——等效驅(qū)動力； ——滑輪組倍率。 4起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)模型參數(shù)計(jì)算 4.1質(zhì)量（轉(zhuǎn)動慣量） 提升機(jī)和提升機(jī)的當(dāng)量質(zhì)量可根據(jù)其實(shí)際質(zhì)量計(jì)算。鋼絲繩的等效質(zhì)量被認(rèn)為是其總質(zhì)量的1/2，利用等效原理計(jì)算制動器、傳動機(jī)構(gòu)和卷筒的轉(zhuǎn)動慣量（當(dāng)量），得： 或 （4-1） 上述式中：為整個(gè)傳動部分等效轉(zhuǎn)動慣量；為卷筒角速度；為各轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動慣量； 為卷筒線速度；為各轉(zhuǎn)動件角速度。 提升臂的質(zhì)量由等截面梁（忽略截面的變化）計(jì)算，但等效質(zhì)量系數(shù)等于滑輪懸掛點(diǎn)的0.25，所以等效質(zhì)量：。 4.2剛度 4.2.1吊臂 提升臂的質(zhì)量由等截面梁（忽略截面的變化）計(jì)算，但等效質(zhì)量系數(shù)等于滑輪懸掛點(diǎn)的0.25： （4-2） 上述式中：——為吊臂全長（）； ——吊臂材料彈性模量； ——臂架根部與變幅液壓缸鉸接點(diǎn)長度； ——吊臂仰角； ——吊臂截面對軸慣性矩： （4-3） 式中：——截面以外高度； ——截面以外寬度； ——截面之內(nèi)寬度； ——截面之內(nèi)高度。 圖4-1提升機(jī)臂架撓度的計(jì)算簡圖 所以吊臂剛度系數(shù)： （4-4） 吊臂固有頻率： （4-5） 4.2.2鋼絲繩 單根鋼絲繩剛度： （4-6） 式中：——鋼絲繩彈性模數(shù)，； ——鋼絲繩長度； ——鋼絲繩金屬截面積。 鋼絲繩的剛度是鋼絲繩長度的函數(shù)?，F(xiàn)代起重機(jī)的起升高度大于，在提升機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性研究中，不同繩長（即不同起升高度的起動和制動）剛度的變化是一個(gè)必須關(guān)注的問題。然而，當(dāng)提升機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性通過繩長來研究時(shí)，機(jī)構(gòu)的制動和啟動時(shí)間將太短，這將使提升繩在時(shí)間過程中的長度和繩索的長度比較小，假設(shè)為1，是合理的。這樣就可以避開很大復(fù)雜變化的剛度問題。 由于各鋼絲繩之間的距離不大，因此可以看作是與鋼絲繩一起工作。所以滑輪組鋼絲繩剛度： （4-7） 式中：為滑輪組倍率。 它的固有頻率可以根據(jù)其當(dāng)量重量計(jì)算： （4-8） 4.3阻尼系數(shù) 阻尼應(yīng)存在于所有的振動系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中消耗了阻尼能量，最大動態(tài)負(fù)載被抑制。由于阻尼機(jī)理復(fù)雜，不可以用簡單的數(shù)學(xué)公式精準(zhǔn)地表示。或者由于實(shí)際起重機(jī)振動系統(tǒng)的阻尼很小，當(dāng)確定最大動載荷時(shí)，阻尼的影響被忽略。但本項(xiàng)目是為了獲得桅桿頂升部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動特性。最重要的考慮因素之一是阻尼。 一般使用等效粘性阻尼假設(shè)在振動分析過程中，所以阻尼力和速度正比： （4-9） 是等效粘性阻尼系數(shù)，當(dāng)使用速度單位為（），當(dāng)阻尼力取作為單位時(shí)，的單位就是（）。通常使用無因次阻尼比，它和之間關(guān)系為： （4-10） 式中：——系統(tǒng)質(zhì)量（）； ——系統(tǒng)固有頻率（）。 如果系統(tǒng)為多自由度系統(tǒng)，則每個(gè)主坐標(biāo)中阻尼比可能不同的幾率很大。 由于鋼絲繩無量綱阻尼比，可以從衰減方程導(dǎo)出公式： （4-11） 式中：——周期數(shù)； ——第個(gè)周期振幅峰值。 對于伸縮臂起重機(jī)，系統(tǒng)的振幅可以逐漸減小到初始振幅的10%（4～8個(gè)周期）。把結(jié)論代入上面的式中算出。 主要是由于吊臂為焊接結(jié)構(gòu)，阻尼又稱為結(jié)構(gòu)阻尼，其取值非常小，該值可以用作鋼絲繩阻尼比。 吊臂阻尼按照焊接結(jié)構(gòu)取值為。 4.4等效力矩 1. 等效驅(qū)動力矩 電機(jī)機(jī)械特性的工作段是起重機(jī)的一個(gè)常用工作段，根據(jù)機(jī)構(gòu)速度的增加，起動轉(zhuǎn)矩減小。從確定機(jī)構(gòu)的動載荷的角度來看，等效驅(qū)動力矩可以看作階躍型躍變。從以上可以看出機(jī)構(gòu)在啟動的瞬間被不知名的起動力矩阻止了，之后便保持不動。由于機(jī)械振動頻率有點(diǎn)高，當(dāng)接觸最大動態(tài)響應(yīng)時(shí)間時(shí)，它比機(jī)械結(jié)構(gòu)的起始時(shí)間短得多，假想設(shè)定在其短時(shí)間里得到的激勵(lì)力不發(fā)生變化或誤差沒有很大。實(shí)際用理論來解析的時(shí)候應(yīng)該多應(yīng)用上述簡化從而采用平均起動力矩： (4-12) 一般來說，線性驅(qū)動力矩是驅(qū)動力矩的另一種形式，馬達(dá)的每個(gè)阻力水平的驅(qū)動力矩和角速度都是線性的： 并取 ， (4-13) 是電動機(jī)額定力矩。 在正常電阻矩中，電機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化： (4-14) 當(dāng)機(jī)構(gòu)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)在起動時(shí)需要離合器。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的增加而線性增加，離合器的存取速度取決于增加時(shí)間的長度。在離合器前的一個(gè)階段，摩擦力矩很小，不能克服機(jī)械阻力，其機(jī)理仍然是，但內(nèi)驅(qū)動軸已經(jīng)變形；在機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜阻力和變形彈性力相同時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)就開始起動，此時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)擁有了初始速度，但線性增加也可能是摩擦力矩，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)是由初始速度強(qiáng)迫振動的。 2. 等效阻力矩 當(dāng)思索傳動機(jī)構(gòu)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)鼓代替的阻力轉(zhuǎn)矩： (4-15) 式中：——卷筒直徑； ——滑輪組倍率； ——滑輪組及導(dǎo)向輪效率。 在制動過程中，制動裝置的制動力矩會越來越小，制動裝置在工作時(shí)可以寫入恒定值。制動器的工作時(shí)間通常設(shè)定為，制動力矩取，和作為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 3. 仿真系統(tǒng)的構(gòu)建 為了建立仿真系統(tǒng)，我們需要重寫微分方程（3-1）： （4-16） 主要采用SIMULINK模塊數(shù)據(jù)庫中的增益運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算和積分運(yùn)算等標(biāo)準(zhǔn)模塊，利用仿真系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)和參數(shù)，建立起升機(jī)構(gòu)的SINMULINK仿真系統(tǒng)。基于自適應(yīng)階躍四階龍格-庫塔法求解系統(tǒng)微分方程。 4.5桅桿起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真 4.5.1建立液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 第一要?jiǎng)?chuàng)建液壓元件的線性數(shù)學(xué)模型，然后建立液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，在創(chuàng)建模型時(shí)假定： （1） 油液的密度、粘性、彈性模量、阻尼系數(shù)完全不會因?yàn)閴毫土髁慷l(fā)生改變； （2） 每個(gè)元件之間和油管的接口處的油液外泄不在計(jì)算之內(nèi)； （3） 每個(gè)元件的損耗不計(jì)。 1.液壓馬達(dá)不在變量區(qū)時(shí)的數(shù)學(xué)模型 （4-17） （4-18） （4-18） （4-19） （4-20） 2.液壓馬達(dá)在變量區(qū)時(shí)的數(shù)學(xué)模型 （4-21） （4-22） （4-23） （4-24） （4-25） （4-26） 上述式（1）~（11）中： ——先導(dǎo)閥內(nèi)油液壓力； ——先導(dǎo)閥角位移； ——泵的入油口壓力； ——閥芯位移； ——泵的角位移； ——載荷流量； ——變量馬達(dá)的出油口壓力。 4.5.2仿真計(jì)算結(jié)果和分析 1.當(dāng)輸入信號變?yōu)殡A躍型信號時(shí)，對于不一樣的起重物體重量的負(fù)載壓力的動態(tài)特性曲線見圖4-2和4-3。 圖4-2輕載時(shí)動態(tài)曲線 圖4-3重載時(shí)動態(tài)曲線 2.在確定其余數(shù)值不發(fā)生改變，只有變化先導(dǎo)閥的控制速度，則用體現(xiàn)出飛快操控，用體現(xiàn)慢速操控，得出二樣不同條件下的對比動態(tài)曲線如圖4-4所示。 a.快速操作 b.慢速操作 圖4-4先導(dǎo)閥快慢速操作動態(tài)曲線圖 3.在確保其余數(shù)值不改變的同時(shí)，首先調(diào)整先導(dǎo)閥角位移，比如使表示小角位移，用代表大角位移，得出兩樣不同環(huán)境條件下的動態(tài)曲線如圖4-5所示。 （a）大角位移 （b）小角位移 圖4-5先導(dǎo)閥大小角位移動態(tài)曲線 由上面的動態(tài)仿真結(jié)果可知： （1）當(dāng)起升不同載荷時(shí)，負(fù)載壓力會因?yàn)闀r(shí)間的增加而導(dǎo)致動態(tài)特性曲線的變化，載荷變大，波動變大。原因是系統(tǒng)振動增大。 （2）操作不平穩(wěn)會導(dǎo)致角速度波動變大，系統(tǒng)運(yùn)動不穩(wěn)定，所以盡量平穩(wěn)操縱。 （3）換向閥的閥口開合的大小會使系統(tǒng)的動態(tài)特性發(fā)生改變，開口小穩(wěn)定性好，開口大動態(tài)特差。 5算例（QY20）汽車起重機(jī)起升機(jī)構(gòu) 以下為起升和在空中下降制動兩種典型工況仿真分析部分結(jié)果。 5.1起升工況動態(tài)仿真 頂升系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)（如圖3-2）為：；；；；；；（離地時(shí)鋼絲繩長26. 8 m）；；。 5.1.1仿真工況分析 上升起動工況有兩種形式 ：起重機(jī)啟動時(shí)，起重物料在空中啟動稱為上升啟動；物料從地面提升稱為靜止啟動。物料在懸空狀態(tài)啟動時(shí)的系統(tǒng)微分方程式（1），當(dāng)時(shí) ，系統(tǒng)的每個(gè)質(zhì)量運(yùn)動速度為零，起重機(jī)的初始位移為， 的初始位移是起重點(diǎn)靜變形的十倍，滾筒的等效初始位移也可以通過在提升重物Q作用下各個(gè)軸的變形來獲得。機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)阻力矩是提升起重機(jī)產(chǎn)生的扭矩。 起重機(jī)吊起物料從地面上靜止升起時(shí)，有三個(gè)階段： 第一階段：由于傳動機(jī)構(gòu)加快了速度、卷筒上纏繞著松弛滑輪組鋼絲繩這樣可以使機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空轉(zhuǎn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)阻力矩確定為，起動瞬間每個(gè)運(yùn)動的初始位移和初始速度都。 第二階段：鋼絲繩滑動輪會產(chǎn)生彈性張力，彈性張力將保持到大于材料的重力，機(jī)械結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生非常大的外貌變化，并且系統(tǒng)會產(chǎn)生受彈性力干擾受迫振動； 第三階段：當(dāng)需要被吊物料在離開地面時(shí)，就已經(jīng)進(jìn)入了啟動起升狀態(tài)，而且可以自由振動，第二階段結(jié)束時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)為初始狀態(tài)。系統(tǒng)為m1、m2、m3、k1、k2創(chuàng)立了三種質(zhì)量二個(gè)自由度系統(tǒng)，微分方程式為（1）。下圖 5-1 給出了此時(shí)響應(yīng)曲線。 圖5-1 20t物體離地升起工作狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)曲線 在提升配重離開地面之前，系統(tǒng)構(gòu)成m1、m3、k1、k2 一個(gè)兩質(zhì)量二自由度系統(tǒng)，即微分方程（1）中。 5.1.2仿真結(jié)果分析 由于計(jì)算和評價(jià)提升機(jī)械結(jié)構(gòu)起動所產(chǎn)生的動載荷，很利于計(jì)算和分析，動載荷的大小由動力載荷系數(shù)來表達(dá)，并且設(shè)定起升機(jī)械結(jié)構(gòu)的動載荷系數(shù)如下： 對于突發(fā)情況而發(fā)生離開地面起動工作情況 ： （5-1） 上式中：m為m2， k由圖3.2計(jì)算確定。 設(shè)定起動時(shí)間為時(shí)，從曲線可知：吊臂最大沖擊載荷；動載系數(shù)；升降機(jī)構(gòu)（物料的重量）最大沖擊載荷；動載系數(shù)。 1. 懸空下落制動的工作狀況動態(tài)仿真 當(dāng)物料從上空下降制動時(shí)（制動時(shí)鋼絲繩長13.4米），初始速度，和系統(tǒng)其余參數(shù)相同。 5.2仿真工況分析和結(jié)果分析 突然制動會使起升機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生非常大的變形，如果在起重機(jī)下降過程中。由于彈性力的干涉，系統(tǒng)受到強(qiáng)迫振動，并且讓制動工作環(huán)境變差的微分方程式（1），需要把等式（1）中驅(qū)動扭矩改為制動扭矩，吊重力矩在這時(shí)為驅(qū)動扭矩。 吊起物料的重量和吊臂響應(yīng)見圖5.2。制動過程時(shí)間時(shí)，從曲線可知：吊臂最大沖擊載荷；動載系數(shù)；提起材料的重量（用于鋼絲繩）最大沖擊載荷；動載系數(shù)。 表示制動的動態(tài)載荷系數(shù)相對較大（仍在推薦值范圍）。在參考書中發(fā)現(xiàn)實(shí)際得出的動載系數(shù)可以達(dá)到2.8或4.0。但是，應(yīng)該指出的是，在設(shè)計(jì)中，特別是對于特殊的起重情況，應(yīng)該考慮到可能達(dá)到最大動載荷的事實(shí)。 圖5-2 20t的物重下降過程中制動時(shí)動態(tài)響應(yīng)曲線 6履帶式起重機(jī)起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.1起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作原理 從圖6.1所示，該控制回路是一個(gè)閉式的控制回路。控制手動閥6、7讓多路換向閥5變換方向，讓從泵出發(fā)的油通過A或者是B讓馬達(dá)開始工作，同時(shí)，先導(dǎo)管路P上的電磁球閥被接通電源，并且其被操控以打開卷揚(yáng)制動器9。當(dāng)多路換向閥5閥口在左邊的位置時(shí)，壓力油從A進(jìn)入油泵，液壓馬達(dá)往迅速往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)操縱多路換向閥5閥口處于右位時(shí)，有壓力的油液從B口進(jìn)入液壓泵型腔驅(qū)動馬達(dá)往與上次相反的方向轉(zhuǎn)動，完成液壓馬達(dá)的反向轉(zhuǎn)動；當(dāng)操縱多路換向閥5閥口在中間的位置時(shí)，液壓泵向外流出的壓力油，流通多功能閥4并回到油罐內(nèi)，這時(shí)因?yàn)闆]有有壓力的油到達(dá)下面的執(zhí)行動作的機(jī)構(gòu)，所以液壓馬達(dá)并不動作，起升機(jī)械結(jié)構(gòu)現(xiàn)在為卸載荷狀態(tài)，操縱制動器以斷開電磁球閥電源，卷繞制動器內(nèi)的壓力油通過彈簧作用排泄到油罐里，而且制動器因?yàn)閺椈傻脑颥F(xiàn)在是制止行動狀態(tài)。 當(dāng)液壓馬達(dá)工作的時(shí)候，主油路中的高壓油通過單向液壓閥流入液壓缸的有桿的型腔內(nèi)， 液壓缸里的處于低壓狀態(tài)的液壓油流出沒有桿的型腔，通過泄油回路回到油箱內(nèi)。液壓缸的兩個(gè)型腔，因?yàn)榱魅雺毫Σ煌挠鸵簳袎毫Σ畹漠a(chǎn)生，壓力之間的差距會使活塞桿運(yùn)動，通過調(diào)節(jié)可變數(shù)值的電動機(jī)的流量和操控兩位三通液壓換向閥，可以調(diào)節(jié)閥門的位置，所以可以讓馬達(dá)得到輸出低速高轉(zhuǎn)矩或者輸出高速低轉(zhuǎn)矩的想要的結(jié)果。 使起升回路的最大工作壓力的到控制的是安全閥，它能夠保護(hù)起升車載系統(tǒng)油路不會超過規(guī)定的運(yùn)載標(biāo)準(zhǔn)。在主要的頂升油路里面有一個(gè)能夠在物料往下放的時(shí)候阻止其會發(fā)生失去對速度的控制，確保物料落下時(shí)的速度穩(wěn)健，保持頂升系統(tǒng)現(xiàn)有的安全性能，這個(gè)裝置叫做頂升平衡閥。 1. 油箱 2. 吸油過濾器3.泵4.多功能閥5.多路換向閥 6~7.手動操縱閥8.馬達(dá) 9.制動器 圖6-1 頂升機(jī)構(gòu)液壓原理圖 6.2起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 一、主要技術(shù)參數(shù) 本文主要對履帶起重機(jī)的液壓系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 1、最大起重量：50t；最大起升高度：9~50m；臂長：13~52m； 2、整機(jī)自重：50t； 3、起升速度：35m/min； 二、主要參數(shù)的確定和液壓馬達(dá)選型： 1. 卷揚(yáng)馬達(dá)的選擇 （1）卷揚(yáng)馬達(dá)卷筒的力矩： (6-1) 式中：——卷揚(yáng)單根繩的最大拉力，； ——繩子卷繞4層時(shí)的卷筒直徑： ——鋼絲繩的直徑，； ——卷筒的機(jī)械效率，根據(jù)來根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》第91頁表8-7得知：。 (6-2) （2）卷揚(yáng)馬達(dá)扭矩： (6-3) 式中：——卷揚(yáng)減速器速比，。 ——電機(jī)對減速裝置輸出的機(jī)械效率，。 （3）卷揚(yáng)馬達(dá)的排量 (6-4) 式中：——馬達(dá)進(jìn)出口的最大壓差： (6-5) ——卷揚(yáng)馬達(dá)機(jī)械效率， （4）卷揚(yáng)馬達(dá)型號 選取定量軸向柱塞馬達(dá)A2FM107。 馬達(dá)性能參數(shù)為： 排量 106.7 cm3?r 額定壓力 40 Mpa 最大壓力 45 Mpa 允許轉(zhuǎn)速 3000 r?min 沖洗閥 流量 5.8 l?min，壓力2.5 Mpa 2. 卷揚(yáng)泵的選擇 （1）卷揚(yáng)卷筒的轉(zhuǎn)速 (6-6) 式中：——卷揚(yáng)最大速度， （2）卷揚(yáng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速 (6-7) （3）卷揚(yáng)馬達(dá)的流量 (6-8) 式中：——卷揚(yáng)馬達(dá)容積效率，。 （4）卷揚(yáng)泵的輸出流量 這個(gè)地方是主副卷揚(yáng)泵一起提供油液的時(shí)候，忽略管道路口的油路外泄，得出總共的流量： (6-9) 式中：——副卷揚(yáng)泵流量， （5）卷揚(yáng)泵的排量 (6-10) 式中：——卷揚(yáng)泵工作轉(zhuǎn)速，； ——卷揚(yáng)泵容積效率，。 （6）卷揚(yáng)泵的型號 由《液壓元件手冊》P161 表，選擇軸向柱塞雙向液控變量泵A4V71EL2.0，控制方式為EL，是因?yàn)榭肯葘?dǎo)的電力和液壓的比例來操縱兩個(gè)方向的變化的流量和壓力切斷，并配有輔助泵和雙向緩沖充氣閥。 性能參數(shù)為： 最大排量 71cm3/r 額定壓力 40Mpa 最大壓力 45Mpa 允許轉(zhuǎn)速 3200 r?min 先導(dǎo)壓力變化范圍 0.6～1.8 Mpa 6.3液壓輔助元件選擇 6.3.1油路的通徑 1.油路的通徑 油路的通過的路徑可以按照多種類油路的允許通過使用的流量來計(jì)算： 壓力管路 ，?。? 回油管路 ； 進(jìn)油管路 ，取。 2.卷揚(yáng)油路 （1）主卷揚(yáng)泵的工作油路 （6-11） 式中：——主副絞車最大流量總值，； 根據(jù)《液壓氣動手冊》得出 （2）主卷揚(yáng)馬達(dá)的工作管路 式中：——主副卷揚(yáng)泵的最大流量的總體數(shù)值： 根據(jù)《液壓氣動手冊》第557頁表12-49得出。 6.3.2油箱選擇 1. 液壓系統(tǒng)流量 2. 油箱的有效容積 根據(jù)《液壓氣動手冊》P526表12-36得出。 3. 油箱散出的熱量 燃油箱的散熱面積根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》下冊第48頁公式（11-178）計(jì)算得出： 根據(jù)熱平衡方程得公式： （6-12） 式中：——油箱散熱系數(shù)，取為時(shí)℃（環(huán)境良好）； ——油的比熱，取為0.5千卡/公斤 時(shí)℃； ——鋼的比熱，取為0.12千卡/公斤 時(shí)℃； ——30#精密機(jī)床液壓油的重度，γ=900千卡/m3； ——循環(huán)油的質(zhì)量； ——油箱散熱部分鋼板的質(zhì)量（千克）； ——系統(tǒng)的工作時(shí)間； 工作中油和附近空氣的溫度時(shí)： 40個(gè)工作循環(huán)后，計(jì)算起重機(jī)的工作時(shí)間： 得出 ℃所以可以得出，油箱高出環(huán)境的溫度能夠達(dá)到所需要求。 結(jié)論 經(jīng)過上面的描述，我們已經(jīng)對于履帶式起重機(jī)桅桿頂升部分結(jié)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)有了一些了解。頂升系統(tǒng)的原始動作機(jī)械是液壓馬達(dá)，其能夠?qū)崿F(xiàn)起重機(jī)的起升噸位要求。通常的大型起重機(jī)擁有主、副兩個(gè)起升系統(tǒng)，這樣能夠方便完成物料起升。簡單便捷的模式讓起重機(jī)操縱簡單，在各個(gè)領(lǐng)域的使用率也有非常大優(yōu)勢。 按今天的市場來看，履帶式起重機(jī)的賣家貨物來源一半是海外進(jìn)口，一半是國產(chǎn)公司進(jìn)貨。因?yàn)樾枰褂玫狡鹬貦C(jī)的行業(yè)和領(lǐng)域增長迅速，履帶式起重機(jī)的發(fā)展前景將會紅紅火火，所以在我們需要自主研發(fā)出更優(yōu)異的器械，追上世界先進(jìn)國家的技術(shù)，能夠生產(chǎn)出噸位更大、質(zhì)量更好地產(chǎn)品。 致謝 我的課題和論文即將完成，在此之前，謹(jǐn)向在此期間曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師、關(guān)心過我的朋友和給予我?guī)椭娜藗冏罡叩木匆夂腿f分的感謝！ 這個(gè)設(shè)計(jì)是在劉老師的認(rèn)真教導(dǎo)去下苦功夫的去完成它，從課題的挑選、論題論證到具體計(jì)算研究和修改，都凝聚著老師心血和汗水。在四年的本科學(xué)習(xí)生涯中，也始終感受到學(xué)校的栽培、導(dǎo)師的精心教導(dǎo)和無私關(guān)懷，使我受益良多。 這篇論文可以順利完成，也來自每位任課老師無私的奉獻(xiàn)精神和愛崗敬業(yè)的治學(xué)態(tài)度，不僅僅是我對機(jī)械專業(yè)理論有了更一步的理解，將理論和自己的工作相互印證，受益匪淺。正是有了上述原因