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哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)設計
本科學生畢業(yè)設計
QY20B汽車起重機卷筒機構(gòu)及其液壓系統(tǒng)設計
系部名稱： 機電工程系
專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化08-3班
學生姓名： 宋洋
指導教師： 胡天明
職 稱： 教授
哈 爾 濱 工 程 大 學
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design of QY20B Truck Crane’s Creel Mechanism and Hydrahlic System.
Candidate：Song Yang
Specialty：The?Design?Of?Mechanical?Manufacture?
?and Automation
Class：08-3
Supervisor： Prof. Hu Tianming
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
摘 要
近兩年，我國的起重機發(fā)展迅速，在各個領(lǐng)域的應用也日趨廣泛，但與世界先進水平還有一定的差距，主要原因是國內(nèi)配套零部件落后，材質(zhì)差，再有就是制造工藝水平低。
本文對QY20B汽車起重機的設計做了研究，就汽車起重機整車做了大概的分析和論述，就汽車起重機卷筒機構(gòu)進行了設計，對于中、小型汽車起重機的發(fā)展具有一定的積極意義
QY20B型汽車起重機液壓系統(tǒng)的設計是該型起重機設計過程中最關(guān)鍵的一步。本文根據(jù)液壓系統(tǒng)的技術(shù)指標對該系統(tǒng)進行整體方案設計，對其功能和工作原理進行分析，初步確定了系統(tǒng)各回路的基本結(jié)構(gòu)及主要元件，按照所給機構(gòu)性能參數(shù)和液壓性能參數(shù)進行元件的選擇計算，通過對系統(tǒng)性能的驗算和發(fā)熱校核，以滿足該起重機所要達到的要求。
關(guān)鍵字: 汽車起重機；卷筒機構(gòu)；汽車起重機；液壓系統(tǒng)；性能參數(shù)。
ABSTRACT
In the recent two years, our country hoist crane development rapid, in each domain application also day by day widespread, but also has the certain disparity with the world advanced level, the main reason is the domestic necessary spare part backward, material quality bad, again has is makes the technological level to be low.
This article has done the research to the QY20B autohoist design, the autohoist entire vehicle has made the general analysis and the elaboration, the autohoist rotation organization has carried on the design, , regarding the center, the small autohoist development had the certain positive sense.
Model QY20B automobile crane hydraulic pressure systematic design this type hoist the most key one of the design process.This text analyses , demand to carry on the scheme to work out on this performance systematic in hydraulic pressure.Prove to its function and operation principle have confirmed the basic structure of system every return circuit and main component tentatively. According to giving the organization performance parameters and choice of carrying on the component of performance parameter of hydraulic pressure to calculate .Through to the checking computations and generating heat to check of systematic function, in order to respond to the request that this hoist should reach
Key words: Autohoist reel mechanism Crane truck Hydraulic pressure system Performance parameter
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論………………………………………………………………………1
1.1國內(nèi)汽車起重機發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢……………………………………………1
1.1.1 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………1
1.1.2 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展趨勢………………………………………………2
1.2國外汽車起重機發(fā)展趨勢及應用情況……………………………………………2
1.3汽車起重機產(chǎn)品的發(fā)展趨勢………………………………………………………3
1.4課題背景……………………………………………………………………………4
1.5課題任務……………………………………………………………………………5
第2章卷筒的設計計算及強度校核…………………………………………………6
2.1 卷筒的結(jié)構(gòu)與材料 ………………………………………………………………6
2.2 卷筒的鋼絲繩 ……………………………………………………………………6
2.3 卷筒的主要尺寸 …………………………………………………………………7
2.3.1 卷筒直徑D…………………………………………………………………7
2.3.2卷筒的長度L ………………………………………………………………7
2.3.3 卷筒的厚度…………………………………………………………………7
2.4 滾筒受力分析 ……………………………………………………………………8
2.5 滾筒強度校核 ……………………………………………………………………8
第3章軸的設計計算及強度校核……………………………………………………10
3.1 按扭矩初算軸徑…………………………………………………………………10
3.2 軸的結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………………………11
3.3 軸的受力分析……………………………………………………………………11
3.4 軸承的選擇及校核計算…………………………………………………………13
3.5 鍵連接的選擇及校核計算………………………………………………………14
3.6 聯(lián)軸器的選擇及校核計算………………………………………………………14
3.7 鍵的設計…………………………………………………………………………15
第4章 起升機構(gòu)的液壓系統(tǒng)設計 …………………………………………………16
4.1 液壓傳動應用于汽車起重機上的優(yōu)缺點………………………………………16
4.1.1 優(yōu)點 ………………………………………………………………………16
4.1.2 缺點 ………………………………………………………………………16
4.2 液壓系統(tǒng)的類型…………………………………………………………………16
4.3 汽車起重機液壓系統(tǒng)功能、組成和工作特點…………………………………17
4.4 汽車起重機液壓系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………………17
4.5 整機主要性能參數(shù)………………………………………………………………18
4.6 主副卷揚系統(tǒng)……………………………………………………………………19
4.6.1 性能要求 …………………………………………………………………20
4.6.2 主要元件 …………………………………………………………………20
4.6.3 主要回路 …………………………………………………………………21
4.6.4 工作原理 …………………………………………………………………21
4.7 液壓系統(tǒng)類型選擇………………………………………………………………23
4.7.1 本機液壓系統(tǒng)分析 ………………………………………………………23
4.8 各種執(zhí)行元件的選擇……………………………………………………………23
4.9 液壓系統(tǒng)工作參數(shù)和各機構(gòu)主要參數(shù)…………………………………………24
4.9.1 作機構(gòu)主要參 ……………………………………………………………24
4.10液壓系統(tǒng)參數(shù)……………………………………………………………………25
4.11液壓元件選擇計算………………………………………………………………26
4.11.1 副卷揚回路………………………………………………………………26
4.11.2 主卷揚回路………………………………………………………………28
4.12液壓閥的選擇……………………………………………………………………30
4.13液壓輔助元件選擇………………………………………………………………33
4.13.1 油路的通徑………………………………………………………………33
4.13.2 油箱選擇…………………………………………………………………34
結(jié)論……………………………………………………………………………………35
參考文獻…………………………………………………………………………………36
致謝……………………………………………………………………………………37
第1章 緒 論
1.1 國內(nèi)汽車起重機發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.1.1 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，我國的基礎建設力度正逐漸加大，道路交通，機場，港口，水利水電，市政建設等基礎設施的建設規(guī)模也越來越大，市場汽車起重機的需求也隨之增加。
中國的汽車起重機誕生于上世紀的10年代，經(jīng)過了近30年的發(fā)展，期間有過3次主要的技術(shù)改進，分別是70年代引進蘇聯(lián)的技術(shù)，80年代引進日本的技術(shù)，90年代引進德國的技術(shù)。但是總體來說，中國的汽車起重機產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡，尤其是進幾年，中國的汽車式起重機產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展，雖然與國外相比還有一定的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。而且我國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經(jīng)完好，能夠滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的需求。在不久的將來，我國的汽車式起重機行業(yè)一定會發(fā)展成為一個發(fā)展穩(wěn)定，市場化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)?！?
中國汽車式起重機已經(jīng)大量使用ＰＬＣ可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊，液壓馬達，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實現(xiàn)了緊密的結(jié)合?？赏ㄟ^軟件實現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實現(xiàn)故障自動診斷，遠程控制的能力?！?
當前我國新一代汽車起重機產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應用先導比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負荷的無級調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。
部分大型汽車式起重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運動，并達到各種工況的程序控制和自動伸縮，改變了以往不能油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度發(fā)展的空間?！?
在走向國際市場的過程中，我國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國際擁護的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質(zhì)較高，出口產(chǎn)品的質(zhì)量反饋比在國內(nèi)有了明顯的減少，產(chǎn)品反映較好。這都為中國汽車式起重機行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎。
我國的汽車式起重機的生產(chǎn)企業(yè)要想在本領(lǐng)域生存與發(fā)展，需要做的事情還很多，由于市場需求的增大，也要求生產(chǎn)企業(yè)不斷創(chuàng)新，在保證起重機性能的基礎上還要不斷開發(fā)出更大噸位的新產(chǎn)品，滿足市場的需求。只有這樣才能從市場中獲得養(yǎng)分和活力使自己生存，在生存中發(fā)展，在發(fā)展中壯大?！?
1.1.2 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展趨勢
?? 主要的發(fā)展趨勢應該有以下幾點：
擴大產(chǎn)品的品種。在企業(yè)內(nèi)部應建立完善的產(chǎn)品研究和開發(fā)體系，使產(chǎn)品系列化，品種齊全，要形成大中小完整系列，增多產(chǎn)品數(shù)量，使生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴展?！ ?
增大起重力矩。目前我國生產(chǎn)的汽車式起重大多是50噸以下的中小噸位的起重機，大噸位生產(chǎn)的很少，而隨著社會的發(fā)展，對機動靈活的大型起重機械的需求越來越大，這都是汽車式起重機發(fā)展的養(yǎng)分。所以增大其中力矩迫在眉睫。
增加起重機功能。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對汽車式起重機的使用上的要求越來越多，希望能夠一機多用，已經(jīng)不僅僅是在搬運重物時使用，而是滿足在不同環(huán)境和工種和使用，這些都為未來起重機的發(fā)展打清了方向?！?
全力打造自己的品牌。目前中國的汽車起重機生產(chǎn)企業(yè)，缺少自己的專業(yè)研究人員和開發(fā)隊伍，而是去模仿別人生產(chǎn)的成品，沒有發(fā)展方向和競爭力。未來經(jīng) 濟的全球化以及由此引發(fā)的一系列問題，使得競爭手 段從傳統(tǒng)的產(chǎn)品，價格等層次轉(zhuǎn)嫁到品牌的競爭上來。
所以各大汽車式生產(chǎn)企業(yè)應該努力打造自己的品牌，從而使自己發(fā)展壯大。
開創(chuàng)自我空間占領(lǐng)市場。我國的各大汽車式起重機生產(chǎn)企業(yè)要不斷創(chuàng)新，大膽進行急智的改革，面向市場，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，人員重組，引進設備，進行刻苦的技術(shù)研發(fā)，在不斷完善自我的前提下，占領(lǐng)市場?！?
近年來，隨著社會的發(fā)展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起重機轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽車式起重機發(fā)展很快
1.2 國外汽車起重機發(fā)展趨勢及應用情況
國外工程起重機從整體情況分析，領(lǐng)先國內(nèi)10-20年(不同類型產(chǎn)品有所不同)。隨著國外經(jīng)濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應性強、多功能方向發(fā)展。25t以下基本上不生產(chǎn)，產(chǎn)品向高附加值、大噸位發(fā)展，如利勃海爾公司汽車起重機基本退出市場，目前市場主導產(chǎn)品為全地面起重機，最小噸位是35t，而80t和160t是主導產(chǎn)品；格魯夫公司：主導產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位是25t；多田野公司：汽車起重機只占20%，主導產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位16t。因此行業(yè)配套也與國內(nèi)有所不同：
???? 1） 下車主要是300kW以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12噸級驅(qū)動轉(zhuǎn)向橋及越野輪胎。
???? 2） 上車：高強度材料、大扭矩的起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承。
???? 3） 液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達、電磁換向先導閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓鎖、液壓缸及管路標準配套件。
???? 4） 智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。
???? 由于國外工程機械起步較早，形成了成熟的配套件體系。如力士樂的泵馬達、閥、起升、回轉(zhuǎn)、行走機構(gòu)；貝林格的主閥、先導閥、平衡閥；哈威的主閥、先導閥、平衡閥；ZF的變速箱、分動箱；凱斯蘭的橋；PAT的力限器等等。配套廠能與主機廠協(xié)作密切，聯(lián)合開發(fā)，再加上主機廠家的專有技術(shù)，能形成很強的核心競爭優(yōu)勢，能夠保證主機性能的發(fā)揮和可靠性的提高。
1.3 汽車起重機產(chǎn)品的發(fā)展趨勢
自90年代以來，國外工程機械進入了一個新階段，目前我國汽車起重機在工程機械的發(fā)展趨勢是：
1、在廣泛應用新技術(shù)的同時，不斷涌現(xiàn)出新結(jié)構(gòu)和新產(chǎn)品。
2、繼續(xù)完成提高整機可靠性。
3、技術(shù)發(fā)展的重點在于增加產(chǎn)品的電子信息技術(shù)含量，在集成電路、微處理器、微型計算機及電子監(jiān)控技術(shù)等方面都有廣泛的應用。
4、努力完善產(chǎn)品的標準化、系列化和通用化，改善駕駛?cè)藛T的工作條件，向節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展，可靠性、安全性、舒適性、環(huán)保性得到了高度重視。
5、向大型化和微型化方向發(fā)展。
借鑒國外工程機械產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，并結(jié)合我國實際，我國的科學技術(shù)水平不能與國外相提并論，所以我們必須在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新上下大功夫才能與國外大型公司競爭。
我國工程機械產(chǎn)品的發(fā)展走勢應是：
1 系列化、特大型化
系列化是工程機械發(fā)展的重要趨勢。國外著名大公司逐步實現(xiàn)其產(chǎn)品系列化進程，形成了從微型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品。與此同時，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。特大型工程機械產(chǎn)品特點是科技含量高，研制與生產(chǎn)周期較長，投資大市場容量有限，市場競爭主要集中少數(shù)幾家公司。因此我國必須在此加大研發(fā)力度才不至于在此受制于國外。
2 多用途、微型化
為了全方位地滿足不同用戶的需求，國外工程機械在朝著系列化、特大型化方向發(fā)展的同時，已進入多用途、微型化發(fā)展階段。一方面，工作機械通用性的提高，可使用戶在不增加投資的前提下充分發(fā)揮設備本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，為了盡可能地用機器作業(yè)替代人力勞動，提高生產(chǎn)效率，適應城市狹窄施工場所以及在貨棧、碼頭、倉庫、艙位、農(nóng)舍、建筑物層內(nèi)和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求，小型及微型工程機械有了用武之地，并得到了較快的發(fā)展。為占領(lǐng)這一市場，各生產(chǎn)廠商都相繼推出了多用途、小型和微型工程機械。
3 電子化與信息化互動
以微電子、Internet為重要標志的信息時代，不斷研制出集液壓、微電子及信息技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)，并廣泛應用于工程機械的產(chǎn)品設計之中，進一步提高了產(chǎn)品的性能及高科技含量。
4 安全、舒適、可靠
駕駛室將逐步實施優(yōu)化設計方法，配裝冷暖空調(diào)。全密封及降噪處理的“安全環(huán)保型”駕駛室，采用人機工程學設計的司機座椅可全方位調(diào)節(jié)，以及功能集成的操縱手柄、全自動換擋裝置及電子監(jiān)控與故障自診斷系統(tǒng)，以改善司機的工作環(huán)境，提高作業(yè)效率。大型工程機械安裝有閉路監(jiān)視系統(tǒng)以及超聲波后障礙探測系統(tǒng)，為司機安全作業(yè)提供音頻和視頻信號。微機監(jiān)控和自動報警的集中潤滑系統(tǒng)，大大簡化了機器的維修程序，縮短了維修時間。大型工程機械的使用壽命達2.05萬小時，最高可達2.5萬小時。
5 節(jié)能與環(huán)保
為提高產(chǎn)品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，主要從降低發(fā)動機排放、提高液壓系統(tǒng)效率和減振、降噪等方面入手。
1.4 課題背景
汽車起重機是各種工程建設廣泛運用的重要起重設備，是用來對物料進行起重、運輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機械設備，在工業(yè)和民用建筑中作為主要施工機械而得到廣泛運用。在國內(nèi)汽車起重機行業(yè)，關(guān)鍵部位的制造工藝已經(jīng)成為行業(yè)的熱點。通過對QY20B汽車起重機的液壓系統(tǒng)入手，結(jié)合國內(nèi)外先進汽車起重機的技術(shù)特點，本著最大限度提高卷筒組的安全系數(shù)，對其卷筒進行設計和改造，爭取為我國汽車起重機卷筒的制造工藝做出一定的貢獻。
為了加快我國工程機械前進的步伐，促進多元化的起重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，且檢驗自己四年所學，在工作之前對自己進行一次檢閱，我選了QY20B汽車起重機卷筒機構(gòu)及其液壓系統(tǒng)設計這個題目，希望為我四年大學學習生活畫上一個圓滿的句號。
1.5 課題任務
通過對汽車起重機卷筒機構(gòu)設計原理及技術(shù)要求的分析，最大起重量為20T，最大起升高度為16M，結(jié)合實際生產(chǎn)的需要，在現(xiàn)有的資料的基礎上，對多種方案進行分析比較，從而初步確定汽車起重機卷筒機構(gòu)的總體設計框架。在此基礎上，設定參數(shù)，通過設計、計算、校核、反復對照比較，最終完成整個設計任務。其中包括：QY20B汽車起重機卷筒機構(gòu)設計，QY20B汽車起重機起升機構(gòu)液壓系統(tǒng)設計，選擇離合器與制動器使卷筒機構(gòu)具有較高的安全系數(shù)。要求對液壓油路進行優(yōu)化設計，使其效率更高。
第2章 卷筒的設計計算及強度校核
2.1 卷筒的結(jié)構(gòu)與材料
卷筒的結(jié)構(gòu)分為筒體部分和支架部分，筒體部分通過軸支承在支架上，支架用4枚螺栓固定在起重機上。支架一般鑄造制成，本設計選用45鋼，卷筒為保證良好的抗彎強度和抗扭強度選用鑄鋼，本設計選用45鋼。
卷筒的制造可分為鑄造和焊接兩種。在一般載荷的起重機中采用灰口鑄鐵，對于重要的卷筒可用球墨鑄鐵，對于重載荷的卷筒，可采用鑄鋼。對于有重量要求的機構(gòu)，采用鑄造卷筒。
2.2 卷筒的鋼絲繩
卷筒在起升機構(gòu)或牽引機構(gòu)中用來卷繞鋼絲繩，將螺旋運動轉(zhuǎn)換為直線運動。卷筒通常是圓柱形的，特殊的卷筒也有制成圓錐形或曲線形的。卷筒有單層和多層2種，一般的起重機采用單層卷筒。單層卷筒通常表面切出螺旋槽，是為了增加鋼絲繩的接觸面積和防止相鄰鋼絲繩的磨損。繩槽分為標準槽和深槽兩種（圖2.1），其尺寸為R≈0.55d。
圖2.1 卷筒槽形
標準槽： c1≈（0.3~0.4）d，t1=（2~4）（mm）
深槽： c2≈0.6d，t2=d+（6~8）（mm）
一般采用標準槽，由于節(jié)距小，機構(gòu)緊湊，深槽的特點是不易脫槽，但節(jié)距大，增加卷筒長度。
2.3 卷筒的主要尺寸
2.3.1卷筒直徑D
卷筒直徑D與滑輪直徑一樣，是以槽底計算的直徑。卷筒直徑的確定方法與滑輪完全相同，即D0min=hd。
式中 D0min——按鋼絲繩中心計算的滑輪最小卷繞直徑，mm；
h——與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩的有關(guān)的系數(shù)，
d——鋼絲繩的直徑，mm。
∴D≥D0min= hd≈350mm
2.3.2卷筒的長度L
卷筒的長度（圖2.2）
L=L0+l1+2 l2 （2.1） 圖2.2 卷筒的長度
式中 L——卷筒總長度；
L0——繩槽部分長度，其值為
L0 = （2.2）
式中 H——起升高度；
a——滑輪組倍率；
D0——卷筒卷繞直徑；
t——繩槽節(jié)距；
n——附加安全圈數(shù)，n=1.5~3圈；
l1——固定鋼絲繩所需要的長度，l1=3t；
l2——兩端的邊緣長度。
得 L0≈500mm
∴ L= L0+2 l2=500+40=540mm （2.3）
2.3.3卷筒的厚度
按經(jīng)驗公式計算，對于鑄鐵卷筒，δ=0.02D+（6~10）（mm）；對于鋼卷筒，δ≈d。然后進行強度校核，鑄鐵壁厚不宜小于12mm。這里取材料為45鋼，筒壁厚為22mm。
2.4 滾筒體受力分析
滾筒體作簡支梁，兩端支撐的端蓋在水平及垂直面內(nèi)均為鉸支。作用在筒體上的載荷有鋼絲繩對滾筒的張力F、圓周驅(qū)動力Fu以及鋼絲繩軸向位移產(chǎn)生的軸向力，該力與前兩項的相對比值較小，故忽略不計，滾筒筒體受力
及分析見圖2.3。
圖中 F1——起升拉力，N；
Fu——圓周驅(qū)動力，N；
M3——滾筒所受之扭矩，（N/m）；
M3=Fu（N/m）；
M——彎矩；Mmax（N/m） （2.4）
σ——正應力，（N/mm2） 圖2.3卷筒受力分析
（N/mm2） （2.5）
τ——剪切應力，（N/mm2）
（N/mm2） （2.6）
σh——合成應力，（N/mm2）
σh=（N/mm2） （2.7）
2.5滾筒強度校核
圓周驅(qū)動力 F u=1000=52500（N） （2.8）
鋼絲繩張力 F =Fu =52500（N） （2.9）
扭矩 M 3= Fu（N/m） （2.10）
彎矩 Mmax=（N/m） （2.11）
正應力 σ=（N/mm2） （2.12）
剪切應力 τ=（N/mm2） （2.13）
將計算的σ、τ值代入式（3-6）：
（N/mm2）<[σ]=65（N/mm2） （2.14）
本章小結(jié)
本章主要介紹了卷筒的結(jié)構(gòu)和材料的選擇，幾卷筒的主要尺寸，為以后的設計做好鋪墊，同時也對卷筒進行了強度校核。
第3章軸的設計計算及強度校核
3.1按扭矩初算軸徑
1.軸的材料的選擇，確定許用應力選用45號鋼，正火處理 []=590MPa, =55MPa
2.按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑
mm （3.1）
其中： （3.2）
圖3.1 軸
圓整為80mm。
3、軸承和鍵
采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實現(xiàn)軸承系兩端單向固定，軸伸處用A型普通平鍵與小齒輪聯(lián)接，實現(xiàn)周向固定。
3.2軸的結(jié)構(gòu)設計
（1）、徑向尺寸的確定
從軸段d1=90mm開始逐漸選取軸段直徑，d2起固定作用，并且與蝸輪配合，取d2=100mm；d3起軸向固定作用，取d3=120mm，查《機械零件設計手冊》選定軸承型號為7011C，d4與d1相同，取d4=90mm。d5與小齒輪配合，不且d4起軸向定位作用，取d5=80mm。
（2）、軸向尺寸的確定
根據(jù)結(jié)構(gòu)取L1=80mm； b=120mm取軸長段L2=b-(2~3)mm=118mm,對定位軸肩L5=1.4h,取整則L3=26mm。根據(jù)軸承，端蓋和伸出距離取L4=200mm， b=90mm，L3= b-(2~3)mm=88mm兩軸承的中心的跨度為250mm，軸的總長為512mm。
(3)、軸的強度校核
選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=230，強度極限，屈服極限=360Mpa，彎曲疲勞極限=300Mpa，剪切疲勞極限=155Mpa，對稱循環(huán)變應力時的許用應力=60Mpa。
（2）初步估算軸的最小直徑
最小直徑估算： （3.3）
軸伸部位安裝聯(lián)軸器，考慮補償軸的可能位移，選用非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩得
=1.5×490.13=735.2N?m （3.4）
查《機械零件設計手冊》表GB/T4323-2002 LT選LT9型彈性套柱銷聯(lián)軸器，標準孔徑d=50mm，即軸伸直徑為50mm 。軸孔長度L=114mm
（3）、軸承和鍵
采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實現(xiàn)軸承系兩端單向固定，軸伸處用C型普通平鍵聯(lián)接，實現(xiàn)周向固定。
3.3軸的受力分析
（1）、徑向尺寸的確定
圖3.2 受力彎矩分析
（a）受力簡圖 （b）水平面的受力和彎矩圖 （c）垂直面的受力和彎矩圖 （d）合成彎矩圖 （e）轉(zhuǎn)矩圖 （f）危險截面彎矩圖
從軸段d1=50mm開始逐漸選取軸段直徑，d2起固定作用，定位軸肩高度可在（0.07~0.1）d范圍內(nèi)， h≥（0.07~0.1）d1=（1.4~2）mm。應取d2=54mm；d3與軸承的內(nèi)徑相配合，為便與軸承的安裝，取d3=60mm且d9=d3=60mm，d4,d8起定位作用d4=d8=70mm,d5,d7根據(jù)結(jié)構(gòu)而定取d5=d7=60mm,d6取圓直d6=96mm.
(2)、軸向尺寸的確定
由GB/T4323-2002查聯(lián)軸段長度114mm取L1=114mm，L2與結(jié)構(gòu)相關(guān)，取L2=120mm，L3，L9為與軸承配合的軸段長度，L3=L9=38mm，L6與蝸輪配合，取L6=140mm，其他軸段的尺寸長度與箱體等的設計有關(guān)，L4=L8=10mm，L5=L7=26mm軸總長1253mm。
3.4軸承的選擇及校核計算
計算輸出軸軸承
（1）已知n=20.31r/min
== 122.5N, ==3524.85N （3.5）
試選32218型軸承
根據(jù)教材P322表13-7得，則=1258.88N （3.6）
（2）計算軸向載荷，
∵+= = 122.5N （3.7）
∴任意用一端為壓緊端，1為壓緊端，2為放松端
兩軸承軸向載荷：=1136.4N
==1258.88N （3.8）
（3）求系數(shù)x、y
/=1136.4/3524.85=0.32 （3.9）
/=1258.88/3524.85=0.36 （3.10）
根據(jù)教材P321表11-8得：e=0.42
∵/
48000h （3.16）
∴此軸承合格，預期壽命足夠。
3.5鍵連接的選擇及校核計算
3.5.1聯(lián)軸器與輸入軸鍵連接的選擇
聯(lián)軸器與輸入軸連接采用平鍵連接
軸徑d1=50mm，L1=114mm
查《機械零件設計手冊》P53 表4-1 選用C型平鍵，得：
b=14 h=9 L=70即：鍵C14×70 GB/T 1096-2003
l=L-b=114-14=100mm T=23.947N·m （3.17）
根據(jù)教材P106式6-1得
< （3.18）
3.6聯(lián)軸器的選擇及校核計算
聯(lián)軸器的選擇
（1）、類型選擇：
為了隔離振動與沖擊，選用非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器
（2）、載荷計算：
由《機械設計》第八版表14-1查得。故由公式（14-1）的計算轉(zhuǎn)矩為：
(3)、型號選擇：
依據(jù)軸的設計與計算中知：查查《機械設計課程設計手冊》P97 表8-5 （GB/T 4323-2002）選LT9型彈性套銷柱聯(lián)軸器，標準孔徑d=50mm，即軸伸直徑為50mm 。
3.7 鍵的設計
本設計用到的鍵是減速器輸出端與聯(lián)接用到的鍵，設計的鍵為14×9×45材料為45號鋼的普通平鍵。此時擠壓條件是
（N/mm2） （3.19）
式中 k——鍵與軸槽的接觸高度，mm，k=h/2，h為鍵高（尺寸查有關(guān)設計手冊）；
l ——鍵的工作長度，mm，A型：l=L-b，B型：l=L，C型：l=L-b/2，b為鍵寬（尺寸查有關(guān)設計手冊）；
[σp] ——許用擠壓應力，N/mm2，查許用擠壓應力表得：[σp]=110 （N/mm2）
解得： σp =87.6≤110 N/mm2 （3.20）
所以鍵的設計符合強度要求。
本章小結(jié)
本章主要介紹了軸的設計及校核，同時也對軸承和健進行了選擇。
第4章 起升機構(gòu)的液壓系統(tǒng)設計
4.1 液壓傳動應用于汽車起重機上的優(yōu)缺點
4.1.1優(yōu)點
來自汽車發(fā)動機的動力經(jīng)油泵轉(zhuǎn)換到工作機構(gòu)，其間可以獲得很大的傳動比，省去了機械傳動所需的復雜而笨重的傳動裝置。不但使結(jié)構(gòu)緊湊，而且使整機重量大大的減輕，增加了整機的起重性能。同時還很方便的把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槠揭七\動，易于實現(xiàn)起重機的變幅和自動伸縮。各機構(gòu)使用管路聯(lián)結(jié)，能夠得到緊湊合理的速度，改善了發(fā)動機的技術(shù)特性。便于實現(xiàn)自動操作，改善了司機的勞動強度和條件。由于元件操縱可以微動，所以作業(yè)比較平穩(wěn)，從而改善了起重機的安裝精度，提高了作業(yè)質(zhì)量。
采用液壓傳動，在主要機構(gòu)中沒有劇烈的干摩擦副，減少了潤滑部位，從而減少了維修和技術(shù)準備時間。
4.1.2 缺點
液壓傳動的主要缺點是漏油問題難以避免。為了防止漏油問題，元件的制造精度要求比較高。油液粘度和溫度的變化會影響機構(gòu)的工作性能。液壓元件的制造和系統(tǒng)的調(diào)試需要較高的技術(shù)水平。
從液壓傳動的優(yōu)缺點來看，優(yōu)點大于缺點，根據(jù)國際上起重機的發(fā)展來看，不論大小噸位都采用液壓傳動系統(tǒng)?？v觀眾多用戶的反饋意見，液壓式汽車起重機深受他們的歡迎和好評。所以QY20B型汽車起重機決定采用液壓傳動的形式。
4.2 液壓系統(tǒng)的類型
液壓系統(tǒng)要實現(xiàn)其工作目的必須經(jīng)過動力源——控制機構(gòu)——機構(gòu)三個環(huán)節(jié)。其中動力源主要是液壓泵；傳輸控制裝置主要是一些輸油管和各種閥的連接機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)主要是液壓馬達和液壓缸。這三種機構(gòu)的不同組合就形成了不同功能的液壓回路。
泵—馬達回路是起重機液壓系統(tǒng)的主要回路，按照泵循環(huán)方式的不同有開式回路和閉式回路兩種。
開式回路中馬達的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷卻及沉淀過濾后再由液壓泵送入系統(tǒng)循環(huán)，這樣可以防止元件的磨損。但油箱的體積大，空氣和油液的接觸機會多，容易滲入。
閉式回路中馬達的回油直接與泵的吸油口相連，結(jié)構(gòu)緊湊，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，散熱條件差，需設輔助泵補充泄漏和冷卻。而且要求過濾精度高，但油箱體積小，空氣滲入油中的機會少，工作平穩(wěn)。
4.3 汽車起重機液壓系統(tǒng)功能、組成和工作特點
汽車起重機液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿和控制六個主回路組成。從圖1-1可以看出，各個回路之間具有不同的功能、組成和工作特點：
起升回路
起升回路起到使重物升降的作用。起升回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達組成。
起升回路是起重機液壓系統(tǒng)的主要回路，對于大、中型汽車起重機一般都設置主、副卷揚起升系統(tǒng)。它們的工作方式有單獨吊重、合流吊重以及單獨共同吊重三種方式，其中對于吊大噸位且要求速度不太高時用主卷揚吊的方式，對于吊小噸位且要求速度不太高時用副卷揚吊的方式；對于吊大噸位且要求速度比較高時用主副卷揚泵合流吊的方式；對于吊比較長的物體時用單獨共同吊重方式。
圖4.1 汽車起重機各回路工作狀態(tài)圖
4.4 汽車起重機液壓系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
隨著國家現(xiàn)代化建設的飛速發(fā)展，科學技術(shù)的不斷進步，世界能源的不斷短缺，現(xiàn)代施工項目對汽車起重機的要求也越來越高，高、深、尖、高效節(jié)能的液壓技術(shù)在汽車起重機上的應用也越來越廣泛，汽車起重機液壓系統(tǒng)展示了強大的發(fā)展趨勢。汽車起重機液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、控制五個主回路組成，本文通過對起升、控制二個主回路現(xiàn)狀的分析來探討其發(fā)展趨勢。
１．起升液壓系統(tǒng)
??對起重機來說，起升動作是最頻繁的動作。目前最常用的起升液壓系統(tǒng)為定量泵、定量或變量馬達開式液壓系統(tǒng)，然而，現(xiàn)代施工對起升系統(tǒng)提出了新的要求：節(jié)能、高效、可靠以及微動性、平穩(wěn)性好。為了適應這些新的要求，以前的定量泵將逐步被先進可靠的具有負載反饋和壓力切斷的恒功率變量泵所取代，先前的定量馬達或液控變量馬達也將被電控變量馬達所取代。這種系統(tǒng)將能有效的達到輕載高速、重低速和節(jié)能的效果。
2. 操縱、控制系統(tǒng)
??機械式操縱是汽車起重機最簡單、最廣泛使用的一種操縱方式，液比例操縱系統(tǒng)在我廠己廣泛使用并相當成熟，操作性能得到了很大的提高；然而，最有發(fā)展前途的還是電比例操縱系統(tǒng)，借助于計算機技術(shù)和可編程技術(shù)，汽車起重機將向智能化發(fā)展。
? 除此之外，液壓系統(tǒng)在以下幾方面也體現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢：
（1）、采用國際化配套，對系統(tǒng)性要求較高的液壓元件如泵、閥、馬達等采用國際化配套可提高產(chǎn)品的可靠性，另外，國外使用成熟、量大價廉的元件在國內(nèi)也廣泛使用。
??（2）、采用卡套式接頭，由于卡套式接頭在控制系統(tǒng)污染、防泄露等方面具有很強的優(yōu)越性，使用卡套式接頭能大大減少故障率和早期反饋率。
??（3）、在系統(tǒng)中設計速度分檔，由于不同施工項目的不同要求，對起重機各動作速度的要求也不一樣，速度分檔技術(shù)也應運而生，設計不同的速度檔位，以適用不同工況的要求。
??（4）、廣泛使用高度集成的、模塊化閥組，能簡化管路，有效的減少液組，提高效率，節(jié)約能量，同時易于維護。
??（5）、向計算機技術(shù)領(lǐng)域的縱深滲透，汽車起重機將向無線遙控技術(shù)、遠程診斷服務技術(shù)、黑匣子自我保護技術(shù)等方向發(fā)展，為了實現(xiàn)整機的功能，液壓技術(shù)將同計算機技術(shù)相互滲透，共同發(fā)展。
4.5整機主要性能參數(shù)
最大起重量*幅度 20t*3m
最大起升高度 42.12 m
主臂長 10.06-33m
主臂全程伸縮時間 170Sec
主臂變幅范圍 -2-80degree
主臂變幅時間 75Sec
主卷揚單繩速度 0-100 m/min
副卷揚單繩速度 >65 m/min
M最大起升力矩 1340 kN.m
最大回轉(zhuǎn)速度 3r/min
最高行駛速度 75 km/h
最大爬坡度 35%
最小轉(zhuǎn)彎半徑 20m
行駛狀態(tài)總重 26.02t
外形尺寸 12.4×2.5×3.3m
支腿距離(縱向×橫向) 4.97×5.4m
發(fā)動機型號 SC8DK260Q3
最大功率 192KW（2200rpm）
最大扭矩 1100Nm(1400rpm)
4.6主副卷揚系統(tǒng)
主副卷揚回路如圖4.2所示：
圖4.2 主副卷揚回路
主副卷揚油路由雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵和雙向定量馬達構(gòu)成兩個容積調(diào)速閉式油路，在主卷揚單動情況下，副卷揚泵通過一電磁換向驅(qū)動一液壓換向閥向主卷揚油路供油，兩泵合流，提高主卷揚作業(yè)速度。通過操作先導手柄可以雙向改變油泵排量，調(diào)節(jié)馬達轉(zhuǎn)速?；芈分性O置有功率限制器，從而限制油泵最大功率，防止發(fā)動機過載。為避免二次起升下滑和下降下滑，回路中設置有壓力記憶閥。
4.6.1性能要求
副卷揚不工作或低壓輕負載時，主泵合流工作；起、制動平穩(wěn)，微動性好；重物停在空中任意位置能可靠制動。
4.6.2主要元件
泵1（2）、馬達5（6）、冷卻閥13-1（13-2）、益流閥12-1（12-2）、壓力記憶閥8-1（8-2）、單向可調(diào)節(jié)流閥9-1（9-2）、制動油缸10-1（10-2）、二位三通液壓先導換向閥11-1（11-2）、或門型梭閥16-1（16-2）、功率限制器17-1（17-2）、三位四通液壓先導換向閥14、三位六通電磁換向閥15。
4.6.3主要回路
油主路（含補油油路）、冷卻油路、防過載油路、記憶閥油路、合流控制油路、防二次下滑油路。
4.6.4工作原理
1. 主卷揚泵與副卷揚泵合流工作狀態(tài)(起升)
如圖4.6-1所示
A） 控制油路（含電路）
17-1（左移） 電流 1-4（下） （1-4上移）
1-4 油箱
泵1 1-2 1-4 1-3（下）
1-3（上） 油箱 （1-1輸出流量）
17-2（左移） 電流 2-4（下） （2-4上移）
泵2 2-4 油箱
2-2 2-4 2-3（下）
2-3（上） 油箱 （2-1輸出流量）
制動器打開：12 11-1（上） 9-1 10-1 （10-1制動打開）
B路（↑） 8-1（+）
B）主油路
主泵：11 5
泄油13-1（左） 12-1 油箱
副泵2-1 14（下） 5
2-2 DF2（+） 泄油 13-1（左） 12-1 油箱
2. 主卷揚泵與副卷揚泵合流狀態(tài)（下降）
A）路（含電路）
17-4（右移）電流 1-4（上） （1-4下移）
1-4 油箱
泵1 1-2 1-4 1-3（上）
1-3（下） 油箱 （1-1輸出流量）
（由于利用換向閥14可以在下降時不必對副泵進行換向控制）
18-3（左移） 電流 2-4（下） （2-4）上移
泵2 2-4 油箱
2-2 2-4 2-3（下）
2-3（上） 油箱 （2-1輸出流量）
制動器打開油路與起升狀態(tài)相同。
B）主油路
主泵：11 5
泄油13-1（右） 12-1 油箱
副泵2-1 14（上） 5
2-2 DF1(上) 泄油13-1（右） 12-1 油箱
3. 主卷揚回路分流狀態(tài)
主卷揚回路分流起升、控制都和合流時的相同，下降時的工作狀態(tài)跟起升時的操作方式基本相同，只是泵的操作方式跟起升時相反而已。
4. 副卷揚回路分流狀態(tài)（起升）
A)控制油路（含電路）
38-3（左移）電流 2-4（下） （2-4上移）
泵2 2-4 油箱
2-2 2-4 2-3（下）
2-3（上） 油箱 （2-1輸出流量）
制動器打開：22 15(常) 11-2(上) 9-2 10-2 （ 10-2的剎車打開）
B路（↑） 8-2（+）
A)主油路
泵2：21 6
泄油13-2（左） 12-2 油箱
5. 副卷揚回路分流狀態(tài)（下降）
下降時跟起升時相同，只是泵的操作方向跟起升時相反。
6. 恒功率控制
如4.3所示：
圖4.3 功率控制回路
壓力過高 17-1-1左移 17-1-