摘要汽車起重機是在汽車或者汽車專用底盤上裝置起重設(shè)備，完成裝卸貨物和建筑構(gòu)件裝吊任務(wù)的汽車。它是一種行走式起重機械，所以也稱為汽車吊車。起重汽車廣泛應(yīng)用于交通運輸，建筑工程，油田,礦山，碼頭和國防部門，特別適用于貨物分散，場地狹窄，貨物起落高度大的施工現(xiàn)場。汽車起重機是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工效率，保證工程質(zhì)量，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用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。關(guān)鍵字：汽車起重機 提升機構(gòu) 起重臂ABSTRACTAutomobile crane is in a car or automobile chassis device of lifting equipment, to finish loading and unloading goods and building components for lifting motor task. It is a walking type crane, also known as auto crane. Lifting motor is widely used in transportation, construction, oil fields, mines, docks and the Department of defense, is particularly applicable to the goods scattered, narrow space, cargo lifting height in construction site.Automobile crane is a variety of construction important device that is widely used, which reduces the labor intensity, save manpower, reduce construction cost, improve the efficiency of construction, ensure project quality, achieve construction mechanization plays a very important roleAutomobile crane is a variety of construction important device that is widely used, which reduces the labor intensity, save manpower, reduce construction cost, improve the efficiency of construction, ensure project quality, achieve construction mechanization plays a very important role.Key Words: Truck Crane Hoist Boom Hoisting Mechanism 目錄緒 論 1第 一 章 總 體 設(shè) 計 21.1 概述： 21.1.1 起重臂： .21.1.2 變幅機構(gòu)： .21.1.3 提升機構(gòu)： .21.1.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)： .21.2 設(shè)計要求 31.3 起重機的主要性能參數(shù) 31.4 總體設(shè)計、計算. .31.4.1 吊臂幾何尺寸的確定 .31.4.2：變幅油缸的長度 61.4.3．起升機構(gòu)計算： 81.4.4 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)計算： .101.4.5 滑輪計算： .121.4.6 支腿裝置 .12第二章 基本臂設(shè)計計算 132.1 設(shè)計計算 132.1.1 計算參數(shù)： .132.1.2.設(shè)計計算 .15第三章 整體穩(wěn)定性計算 203.1 前言： .203.2 穩(wěn)定性計算：（基本臂） .203.2.1．計算工況： 203.2.2 側(cè)方穩(wěn)定： .203.2.3．后方穩(wěn)定性： 223.3 全伸臂時穩(wěn)定性計算： 233.3.1 計算工況： .233.3.2 側(cè)方穩(wěn)定性： .233.3.3 后方穩(wěn)定性： .24第四章 起重特性曲線 254.1 概述 .254.2 吊臂強度起重特性曲線 254.2.1 全縮臂工作時： .254.2.2 半伸臂工作時: 254.2.3 全伸臂工作時： .264.3 抗傾覆穩(wěn)定性曲線： .264.4 起重特性曲線的繪制: 26第五章 起重機的 PLC 設(shè)計 275.1 分析運行過程 .275. 2 I/O 端口接線 .275.3 起重機 PLC 自動控制梯形圖 .27第六章 起升機構(gòu)裝配工藝 38總 結(jié) 39參考文獻 40致 謝 410緒 論畢業(yè)設(shè)計的目的與任務(wù)畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的理論知識和技能，提高分析和解決問題能力的一個主要環(huán)節(jié),是學(xué)生走向工作崗位之前的工程基本訓(xùn)練，是完成培養(yǎng)合格高級人才基本訓(xùn)練的最后一個重要環(huán)節(jié)，其主要目的在于：1．培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，獨立解決問題的能力，并結(jié)合設(shè)計、試驗和研究的課題進一步鞏固和擴大所學(xué)的專業(yè)知識和基礎(chǔ)理論知識。2．培養(yǎng)搜集、閱讀和分析參考資料，運用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍，編寫技術(shù)文件的能力，培養(yǎng)實驗研究、電算和數(shù)據(jù)處理的能力；培養(yǎng)翻譯外文資料的能力；進一步培養(yǎng)學(xué)生的計算及制圖等基本能力。3．掌握機械產(chǎn)品設(shè)計，理論研究和試驗的一般程序和方法。4．樹立正確的設(shè)計思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。5. 樹立集體合作設(shè)計的協(xié)作精神。產(chǎn)品概述汽車起重機是在汽車或者汽車專用底盤上裝置起重設(shè)備，完成裝卸貨物和建筑構(gòu)件裝吊任務(wù)的汽車。它是一種行走式起重機械，所以也稱為汽車吊車。起重汽車廣泛應(yīng)用于交通運輸，建筑工程，油田,礦山，碼頭和國防部門，特別適用于貨物分散，場地狹窄，貨物起落高度大的施工現(xiàn)場。汽車起重機是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工效率，保證工程質(zhì)量，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。總體結(jié)構(gòu)汽車起重機的總體機構(gòu)由上車部分（吊鉤，起重臂，提升機構(gòu)，變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)） 。下車部分（行走部分.液壓泵及支腿）等構(gòu)成。汽車起重機使用汽車底盤，具有行駛速度高.轉(zhuǎn)移方便的特點。操縱部分采用兩個司機室，結(jié)構(gòu)分布合理，操作環(huán)境舒適，適用于在較長距離的工作場地之間移動和作業(yè)。1第 一 章 總 體 設(shè) 計1.1 概述：本設(shè)計題目的 QY-16 噸汽車起重機是全液壓全回轉(zhuǎn)箱型伸縮臂式起重機，上車部分安裝在專用汽車底盤上，駕駛室為側(cè)置式窄型駕駛室，使起重臂在行駛狀態(tài)下能夠放在駕駛室的旁側(cè)，從而降低了整車的重心。該車具有良好的通過性能，機動靈活，行駛速度高，可實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場地后又能快速投入到工作中去。因此，特別適用于流動性大，不固定的作業(yè)場所。該車各工作機構(gòu)均采用液壓傳動和操縱。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操縱省力，元件尺寸小。在工作時候可以實現(xiàn)無級調(diào)速，工作平穩(wěn)，安全可靠，適用于各種安裝和裝卸作業(yè)。下面是對各主要部分的綜述：1.1.1 起重臂：該機起重臂才用箱型三節(jié)式，其中有兩節(jié)是套裝的伸縮臂，這兩節(jié)臂的伸縮均靠裝在一節(jié)臂中的一個單級伸縮油缸完成的，起重臂的伸縮是在作業(yè)前完成的，在工作過程中起重臂不能隨意伸縮。在行駛狀態(tài)時，起重臂縮回。這種伸縮形式可整體提高起重性能，且搭接處的支反力較小?？紤]受力因素以及重心對起重性能的影響易采用同步伸縮機構(gòu)，各節(jié)伸縮臂同時以相同的行程比率進行伸縮。由于同步伸縮的摩擦力是愈來愈大的，在接近全伸時摩擦力明顯升高，所以有采用滾動摩擦的要求。臂桿采用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼板焊接成箱型。1.1.2 變幅機構(gòu)：變幅機構(gòu)采用液壓油缸變幅，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，自重小，工作平穩(wěn)。易于布置等優(yōu)點。前置式變幅油缸使得變幅推力小，可采用小直徑油缸。臂架懸臂部分短，對臂架受力有利，可明顯改善吊臂受力狀況，但臂架下方有效空間小，不易于小幅度吊起大體積重物等特點。1.1.3 提升機構(gòu)：提升機構(gòu)采用高速液壓馬達（變量軸向柱塞馬達）通過減速器帶動提升卷筒，具有重量輕，體積小，容積效率高，可與驅(qū)動油泵互換以及可采用批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)減速器等特點。起升機構(gòu)采用的減速器為兩級圓柱齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，重量輕，功率范圍大等特點。起升卷筒與減速器的連接是將減速器輸出軸加長，卷筒直接固定在軸上，其聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，扭矩通過卷筒軸傳至卷筒，對卷筒受力較為有利。提升機構(gòu)采用液壓傳動的單卷筒單軸式起升機構(gòu)，機構(gòu)緊湊，有利于整個機構(gòu)的布置，可提高生產(chǎn)率或進行輔助工作，并且維修和調(diào)整均較方便。制動器裝在低速軸上，制動力矩大，但制動平穩(wěn)。21.1.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)：回轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動裝置采用低速大扭矩馬達，這樣就省去了減速裝置，使得結(jié)構(gòu)邊的緊湊。回轉(zhuǎn)支承裝置采用交叉滾柱式內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承裝置的回轉(zhuǎn)摩擦阻力距小，承載能力大，高度低，可以降低整車重心，從而增大起重機的穩(wěn)定性能。支腿機構(gòu)：為了增加起重機穩(wěn)定性和減輕輪胎負(fù)荷，采用 “H“ 型支腿，該支腿具有很高的穩(wěn)定性，用于大中型車輛。液壓油控制各支腿水平缸和垂直缸的動作，并且采用自動調(diào)平裝置，適合于不同路面作業(yè)。上述各部分結(jié)構(gòu)似的該機具有了許多優(yōu)點。1.2 設(shè)計要求1.采用專用汽車底盤。2.起重作業(yè)部分的傳動形式為液壓驅(qū)動。3.吊臂截面為箱型結(jié)構(gòu)，且三節(jié)臂實現(xiàn)同步伸縮。4.伸縮機構(gòu)采用一級油缸加滑輪組以減輕自重。5.變幅機構(gòu)采用單缸前置式。6.起升機構(gòu)采用高速馬達驅(qū)動帶動行星齒輪減速器的傳動形式。7.回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用低速大扭矩馬達直接驅(qū)動小齒輪。8. 底架采用 H 型液壓伸縮支腿。1.3 起重機的主要性能參數(shù)1. 最大起重量：額定起重量 16 t(r=3mm)2. 最大起升高度：全伸臂 22 m. 半伸臂 15.5m. 全縮臂 9.0 m.3. 支腿跨距： 4.8 m4. 起重力矩：全伸臂 28 t*m. 全縮臂 48 t*m5. 速度參數(shù)：吊鉤起升速度 12 m/min(m=6)6.回轉(zhuǎn)速度： 0-2 r/min1.4 總體設(shè)計、計算.1.4.1 吊臂幾何尺寸的確定在已知參數(shù) Rmin=3.0 m 時起升高度為 9.0 m （全縮臂）和 Rmin=5.0 m 起升高度為 22.0 m(全伸臂 ) 的條件下，通過幾何作圖確定三鉸點的位置，通過作圖得出動臂的相關(guān)尺寸如下：1. 基本臂工作時由圖 2-1 可計算得出基本臂長：l = (1-1)1 22)1(in)(hbHRe???= 2)3509308543=9120 毫米u1 =tg-1(H1+b-h)/(e+Rmin) (1-2)=tg-1(900+1500-2235)/(3000+854)所以得： u1=650圖 1-1 基本臂工作示意圖2.半伸臂工作時：l = (1-3)2 22)(min)(hbHRe???= 2854015035)=15542 mmu =tg-1( H +b-h)/（e+Rmin） 22=tg-1 (15500+1500-2235)/(854+4000)所以得：u =71.80203.全伸臂工作時：l = (1-4)3 23)(min)(hbRe???= 22 )35105084=22056 mmu3=tg-1 (H +b-h)/(e+Rmin)3=tg-1 (22000+1500-2235)/(854+5000)所以得： u =74.630上圖中各尺寸如下：4e1=390mm. e2=240mm e3=420mm e0=390mm e=854mm.b=1500mm H1=9000mm. h=2235mm h-h0=1470mmR =3000mm(全縮臂 ) 4000(半伸臂) 5000（全伸臂） 。minl =1575mm l”=2120mm'l1=9120mm u1=65 l2=15542mm u2=71.80 l3=22056mm u3=74.60 0 04. 起重臂機構(gòu)尺寸的確定：見圖 2-2。圖 1-2 起重臂機構(gòu)尺寸∵ 基本臂工作長度 l 010a??(1-5)ma642320??∴基本臂結(jié)構(gòu)長度 l 852092010 ??在圖 2-3 中：∵ (1-6)0'10maxall∴伸縮臂的伸縮長度 為;=(;l2/)01axl?=(22056-8520-600)/2=6468mm第二節(jié)臂外伸長度 為 (1-7)2l= + =6468+200=6668mm2l;2a第三節(jié)臂外伸長度 為3l= + =6468+400=6868mm3l;3第二節(jié)臂搭接長度為 =1558mm“2l第三節(jié)臂搭接長度為 =1358mm3第二節(jié)臂結(jié)構(gòu)長度 2“12ll??=1558+66685=8226mm第三節(jié)臂結(jié)構(gòu)長度 3“13ll??=1358+6868=8226mm一二節(jié)臂間的結(jié)構(gòu)空距 31201alc?=9120-8226-400=494mm二三節(jié)臂間的結(jié)構(gòu)空距 1312llc??=8226+400+8226=400mm圖 1-3 起重臂機構(gòu)尺寸1.4.2：變幅油缸的長度要求；動臂擺角 0 —74.6 。0由整機和工廠的工藝要求以及變幅油缸的工作壓力決定三鉸點最佳位置如下圖所示： 6圖 1-4 三鉸點最佳位置a3=ctg-1 h0/l’ =ctg-1 765/1575 =64.09 0a2=tg-1 (e3-e0)/lo =tg-1( 420-390)/4350 =0.395 0a1=90 -a2-a3 =900 000 51.23964??變幅油缸的長度 l5= 2cosada?其中 a= =20'hm7.71由圖知：d= 20320)(el??= 945=4350.10 mm所以：l = (1-8)5 022 51.2cos*0.4357.10*.3097.1??=2870.76 mm.取整得 l =2870mm 即油缸縮回時長度。5由 l5 值重新確定角度 a1.a =cos-1( a1 )2/(52adl??=cos-1(1750.957 )10.435*97.102/()8710.43?=25.477 07油缸全伸時的長度 l5’為l5’= )cos(21max2uda???=4965.3)47.256.cos(*1.435097.*.435097.1 02 ??5 mm取整后得 l =4970 mm'重新確定吊臂工作時的最大仰角：u 12521max )/((cosadl????)1.4350*97.2/()4970.397.024.5=74.777吊臂擺角 u=0 00.~變幅油缸行程 L=l =4970-2870=2100 mm5'l?變幅油缸的伸縮比 c=l =4970/2870=1.732'/油缸類型的選取：由受力分析可知，當(dāng)基本臂起吊最大額定起重量時，變幅油缸的工作壓力值最大。此時，Q 吊具自重為 G .起.8156.9*0KN? KN92.38*%5.2160??重臂自重為 G=33.81KN。變幅油缸的工作壓力為：T=(R “/]3/)()[102min lGQe????=(3000+854)[1.2(156.8+3.92)+1/3 *33.81]/2120=371.1 KN查《機械手冊》 ，應(yīng)選取推力為 407.15KN 缸徑為 180mm 的標(biāo)準(zhǔn)工程液壓缸作為變幅油缸。1.4.3．起升機構(gòu)計算：起升機構(gòu)是起重機械的主要機構(gòu)，用以實現(xiàn)重物的升降運動。本設(shè)計采用液壓傳動的起升機構(gòu)，由高速油馬達傳動通過減速器帶動起升卷筒減速器選用二級圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)減速器，起傳動比 i=40。1.鋼絲繩直徑的確定：選取單聯(lián)卷筒滑輪組倍率 m=3~6,取 m=6,x=1(多層卷繞 )， ，98.0?d?。98.0??由已知條件得：2/100 ,92.38*%5.216,8.156.* ???mzKNGKNQ而(拉力)xmSdz 74.8.01./)9.3(/)(0????8鋼絲繩直徑 ,因工作級別為 Ms，選取 c=0.100( )。scd? 2/170mNt??所以 d=16.95mm.，取 d=17.5mm,(點接觸鋼絲繩 6*37 股)。2. 根據(jù)起重量 選取起重量為 16tf 的單鉤，其主要尺寸為：,16tfPQD=150mm,S=120mm, 。 （查機械設(shè)計手冊）該吊鉤截面為.75021mll?梯形，材料為 20 鋼。3.確定卷筒尺寸:.DhdD30,8.*6)(1??取取卷卷筒長度 ,多層卷繞取 n=4,)](/[.ndmHL??所以 L=1.1*6*22000*17.5/[3.14*4*(300+4*17.5)]=546.8mm.,取 L=550mm.卷筒壁厚： ,.16~2)06(3*02.)1~6(02. m?????取強度校核:對于 HT300 的鑄鐵材料,抗壓強度極限 抗拉強:/0782Nby?度極限 .2/50mNb?。2/6.534178./][ Ny??因是多層卷繞，鋼絲繩卷繞箍緊對卷筒產(chǎn)生的壓應(yīng)力，強度合格。][/9.0).17*/(2./* 2yy mtsA ?? ?鋼絲繩卷繞產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力 ，其中WMw/?M=1/4*SL=1/4*28740*550=3951750 343 68.25])/1([)/(DDW?????所以， 2/1.96057Nw?合成應(yīng)力： 2/50//][,*]/[ mblyl ???其 中所以： 強 度 滿 足 要 求 。],[/63.49.206.53/1.42lm????4.各層卷繞直徑的確定：第一層 dD5.17.1?第二層 32*302第三層 .8.53 ??第四層 md5471745.起升油馬達的選擇：選取二級臥式減速器傳動比 i=40,減速箱為 ZQH 型標(biāo)準(zhǔn)減速箱。起升速度 V=12m/min=0.2m/s 。9(1),滿載起升時需要油馬達輸出的力矩??ajdnDGQM2/])1*()[0???（馬=1.2（156.8+3.92）[300+ （2*4-1）*17.5]/（2*6*40*0.9）=188.6N*m(2).油馬達工作壓力選取 MCY14-1B.6.2091.*63/.182/2 MpaqP ???）（機 ）馬（馬馬 ???型油馬達，q 馬=63ml/r（3）.根據(jù)起升速度確定油馬達軸轉(zhuǎn)速1min.70])([/60???dDaivn馬（4）.油馬達進出口流量.in/6.4593./6*8.21/ lqQ???容馬馬馬 ?(5).各卷繞層起升速度的確定：第一層 同理，第二層 .mi/02.1*/.705.34./1ainDV ）（馬?，第三層 ，第四層 起升速度：m0.2?min1V?n14V?.i/5.i,/.2i,/.9axin 名 義平 均1.4.4 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)計算：此次設(shè)計的 16t 全液壓起重機采用的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動裝置為低速大扭矩馬達來代替高速馬達配減速裝置的機構(gòu)。雖然低速大扭矩馬達本身重量和尺寸都較大，但省去了多級的減速裝置。低速大扭矩馬達直接驅(qū)動小齒輪旋轉(zhuǎn)，從而通過旋轉(zhuǎn)支承裝置實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動，采用低速大扭矩馬達使得結(jié)構(gòu)顯得緊湊，工作平穩(wěn)，并可實現(xiàn)多周旋轉(zhuǎn)，但低速大扭矩馬達成本高?；剞D(zhuǎn)支承裝置采用交叉滾柱式內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承裝置的回轉(zhuǎn)摩擦阻力距小，承載能力大，高度低，可以降低整車重心，從而增大起重機的穩(wěn)定性能。交叉滾柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置滾動軸承的一列滾子中，軸線交叉布置，分別承受向上與向下的軸向力，故受力滾柱為總滾柱數(shù)的一半，但由于滾柱與滾道間的擠壓接觸面積大，故承載能力并不降低。布置形式是將驅(qū)動機構(gòu)放在起重機回轉(zhuǎn)部分上，大齒輪固定在起重機非旋轉(zhuǎn)部分上，不運動，與其嚙合的小齒輪既自轉(zhuǎn)也圍繞大齒輪公轉(zhuǎn)。其目的是讓在行駛過程中回轉(zhuǎn)平臺不會左右擺動，從而增加整車的穩(wěn)定性。1.旋轉(zhuǎn)支承裝置的選擇：交叉滾柱式選擇支承裝置： .（查起重機設(shè)36,140,12500 ??dmD計手冊） 。2.作用在支承裝置上的等效彎矩為：10cGeulRGQM*)cos()( 10min0???其中 G=33.81KN,C=600mm,G =53%*23*9.8=119.462KN.1M=(156.8+3.92)*3000+33.81*(4350*cos65 -854)-0119.42*600=443765KN*mmV= KN92.3)(10??因為 mVD*.1874/0*.4/?所以 ??????cos/sin)(cos22DMp???其中 ，)(6.5/012 滾 柱取 ?? 045?KN6.7圖 1-5 受力分析,*68.13742.*36/140.*/0 mKNpdfDMm ????3.取(摩擦阻力矩)lPRfff 21?(1-9)2120,/50,.1,9., AqdhcckhqAf其 中 2226mf ??其 中R=3000mm,L=4560mm;所以 mNMf *63470*)4530*1(5.91 ???傾斜阻力矩 .1,sinsi???取RPlGp其中 .0,;6,42. 01 RGQKNPG??所以： 3.液壓馬達的mNp *8.14975.sin*]3)9.85(60*.9[ ??計算：11(1).油馬達需要輸出的最大力矩：）（）（馬 ?iMpfm/?? mN*52.906).*5/(8.1497638.174?）（（2）.油馬達的工作壓力：（3）.MpaqP 2.1)9.4/(12/ ??機 ）馬（馬馬 ?油馬達的轉(zhuǎn)速:in/10*5rin?起馬選取 IJMD-125 型徑向柱塞馬達，q 馬=6140ml/r, n 馬=10r/min,P 馬=16Mpa。1.4.5 滑輪計算：,350,315.7*82 mDdhD???滑取滑 .20??滑底1.4.6 支腿裝置為了增加起重機穩(wěn)定性和減輕輪胎負(fù)荷，采用“H ”型支腿，該支腿具有對地面適應(yīng)行好，易于調(diào)平并有很高的穩(wěn)定性，用于大中型車輛。液壓油控制各支腿水平缸和垂直缸的動作。該支腿采用自動調(diào)平裝置，保證了起重機在不平場地工作時能夠自動保持水平狀態(tài)，從而提高了起重機的穩(wěn)定性，這對提高起重量和增加吊臂長度有利。該機構(gòu)是將支腿油缸接地和底架傾斜聯(lián)系起來而達到底架調(diào)平的，這不但防止了用三個支腿油缸來支承底架的危險，而且能夠在支腿油缸伸出最小行程的情況下來使底架保持水平。此外，當(dāng)?shù)准芩浇拥貢r，本裝置亦可將其指示出來，所以比起其他調(diào)平方法極大的提高了安全性。12第二章 基本臂設(shè)計計算2.1 設(shè)計計算箱形伸縮式吊臂應(yīng)按最小幅度吊起最大起重量的工況進行計算。而最大幅度吊起最小起重量是由整機穩(wěn)定性決定的。2.1.1 計算參數(shù)：見圖 3-1基本參數(shù)有：e e m3901?240me203?e3900 me854?l5l91R吊具重 3.92KN. 吊臂重 33.81KN. 起升滑輪組倍率 6. 起升滑輪組效率 0.952吊臂材料取 40Mn ，其屈服極限 , 彈性模量 E=2 Mpas735??吊臂傾角 u= . Mpa510*.2065圖 2-1 基本參數(shù)取截面特性： 13圖 2-2（基本臂）A=2(360*5+540*5)=9000 (2-1)2m(2-2)48310*96.2/bhIy?z=1.449*10yW3610*.z二節(jié)臂圖 2-3（二節(jié)臂） 22810)3249(5*mA???43.1/bhIy 8*z=1.176*10yW36109.z?三節(jié)臂 23 70)284(5*mA??46./bhIy 831z?=0.93*10yW360*725.z14圖 2-4 （三節(jié)臂）2.1.2.設(shè)計計算1.基本臂工況一：額定起重量 工作幅度為,8.1560KNtQ?基本臂工作時，臂架傾角 制動，工作最,30minR? 貨 物 下 降0mu大風(fēng)壓， ，風(fēng)向垂直于變幅平面。2/15mNq?（1）.計算簡圖及計算載荷圖 2-5 受力分析（2）.吊臂在變幅平面承受的載荷1. 垂直載荷 Q取 G1023/)(???2.1?0.?Q =1.2(156.8+3.92)+1/3*1*33.81=204.134KN2.起升繩拉力 S?m/)(02??=1.2(156.8+3.92)/6*0.952=33.76KN3.軸向力 PuQSsinco1?15=33.76*1+204.134* 065sin=218.768KN4.橫向力 zT=204.134*cos6501sico?SuQz??=86.271KN5.由垂直力 Q 和起升繩拉力 S 對吊臂軸線偏心引起的力矩 yM12102 cossin)(?SeuGMy??=1.2(156.8+3.92)*390sin65 -33.76*240*cos000=60.067KN*m(3).吊臂在旋轉(zhuǎn)平面承受的載荷：1．作用于臂端的側(cè)向力 = ,在此處 影響很小，可以忽略不計，yT臂貨 ?臂T因此，=y貨=（ ?tgGQ)0=(156.8+3.92)tg3=8.423KN2.臂端力矩 1*eTMyn?=8.423*390=3.28497KN*m3.載荷 Q 在吊臂方向分力 RR=Qsinu=204.134sin65 0=185.008KN4.變方向軸向力 1S= cos?=33.76KN(4).臨界力計算；1.變幅平面因為： =4350/9120 =0.477l/0可得 376.1?u12?u32)/(lEIRyxy?= 285 )910*76./(0*9*=5.23* N6101)./(??kyypk16= 163)0*2.59/10*768.2( ??=1.04872.旋轉(zhuǎn)平面：1?u在 式中 通過下圖計算：??1/8.042/ ./1SR）（ ???0001 742.3658.268/43?????tgu?AD= m4902?mADCl 81cos*.cos*0' ?801/8.7/'1?l59.76.3/.5)(. ???40)(9.42/ ?u3=2312)/(uEIPzkz?N6285 10*4.)91*4.0/(*9.0.* ?3)./761)/( ????kzzK17.(5). 強度校核1．應(yīng)力計算：a.變幅平面內(nèi)力圖 .17HTMzly??mNA *105796.40*127.8610*.632 ?y 2.5943/761b.旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)力圖。HTMyz*?mN*107.408236?z 859641c.正應(yīng)力計算及校核 .zzyMzyp WkMkAP///?????A1-A1 A2-A2My 50.952*10 6471.57967*10 6Wy 1.449*10 1.449*10Mz 72.85895*10 640.17771*10 6Wz 1.16*10 1.16*10Ky 1.0487 1.048718Kz 1.1997 1.1997A 9000 9000p?-24.1 -24.1My±36.9 ±341.3z+75.35 -75.35+75.35 -75.35+41.55 -41.35+41.35 -41.35p?+88.15 -62.55+14.35 -136.35+358.75 +275.65-323.85 -406.95強度合格。MPans 6.523.1/7/][???（6）.剛度校核：1.計算載荷： GQ*/)(0?=(156.8+3.92)+1/3*33.81=171.99KN變幅平面水平力 T =Qcosu=171.99*cos65 =72.686KNz 0旋轉(zhuǎn)平面水平力 T =8.423KNy2.剛度校核:a.變幅平面 :oykyoy fpf???)9.0/1(,其中123/''lz EILMEILT?m6454592'所以 foy7.183.92.*08??[f]=L’/50=6945/50=138.9mm yfb.旋轉(zhuǎn)平面：mEILTfzyoz 52.4810*9.21.*3/920843/*5?[f]mfkoz .5.17.??所以在兩個方向的剛度均滿足要求。19第三章 整體穩(wěn)定性計算3.1 前言：起重機的穩(wěn)定性表示起重機在各種情況下抵抗傾翻保持穩(wěn)定的能力。當(dāng)起重機承受的升力（包括自身的重力）對支承平面的傾覆軸線產(chǎn)生的傾覆力矩大雨穩(wěn)定力矩時，起重機就繞傾覆軸線傾翻。統(tǒng)計資料表明，在臂架式運行起重機的重大事故中，喪失穩(wěn)定的傾翻事故約占 60%。起重機傾翻必然導(dǎo)致機器和貨物破損，人身傷亡，后果極其嚴(yán)重。因此，在設(shè)計起重機時，必須保證起重機有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性。3.2 穩(wěn)定性計算：（基本臂）3.2.1．計算工況：. 根據(jù) GB-3811-83 規(guī)定，按起重機的特征分，汽車起重機屬動性很大的起重機（工組） 。驗算工況是在最小幅度 最大起重量 ，支腿,30minR?TQ160?全伸時的側(cè)方和后方穩(wěn)定性，根據(jù) ??M3.2.2 側(cè)方穩(wěn)定：圖 3-1 側(cè)方穩(wěn)定性分析 )2/)2/_()2/(00 aRGbaGcaM ????（） （ 頭頭側(cè) 穩(wěn)其中 ，a=4800mm, KN4.58.9*3?b=854mm,c=600mm,G=33.81KN.KNRbG 72.1)30/8541(2/.3)/1(2/min ?頭故 ）（）（）（側(cè) 穩(wěn) 854/*7.60. ???20）（ 2/480372.1?=702508.86KN*mm)2/(min01aRQkM??傾 翻1.無風(fēng)靜載工況：(3-1)2638.15/7.21*05./*.25.01 ????G頭(3-2)mKN*0489/438.6）（側(cè) 傾 37????側(cè) 傾側(cè) 穩(wěn)M*5.3?mKN所以穩(wěn)定性合格。2.有風(fēng)動載工況：載荷系數(shù) .1?k因吊重鋼絲繩相對于鉛垂線的偏擺角所引起的重物水平分力為：KNtgGQTy 423.8*)(0??起重臂水平慣性力為： 32min2 10*)6/*().9/71(/ ????RwP頭離KN91.與傾覆同向的風(fēng)力為：KNckhqAf 25.4)(31' ??所以： )2/sin)(*()/( 1'min01' ulHfPTaRQMy ?????）離側(cè) 傾=1.15*156.8（3000-4800/2 ）+ （8.423+0.291）*9000+4.275*（9000-9120*/2）065si=207425.436KN*mm因為： 43.278.705?????側(cè) 傾側(cè) 穩(wěn) ‘*42.95083?mKN所以穩(wěn)定性合格。1.突然卸載或吊具脫落工況：此時載荷系數(shù)為 .1??k傾覆力矩為： )2/4803(.156*2.0)/(min01“ ?aRQM側(cè) 傾=-18816KN*mm0所以穩(wěn)定性合格。終上所述， 均大于 0，側(cè)方穩(wěn)定性合格。?213.2.3．后方穩(wěn)定性：基本臂工作起吊最大額定起重量時，其受力簡圖如下，傾覆軸線為后支腿中心連線。基本參數(shù)：b=854mm, c=600mm, d=1770mm, 。mR30in?圖 4-2 后方穩(wěn)定性分析 )))(0 dRGdbdcGM????頭 （根 （后 穩(wěn)其中G 根KNR72.130/8541(2/.3/1*2/min ??頭=12.09KN所以）（）（）（后 穩(wěn) 0*.709.7604.5 ?????=539206.56KN*mm )(min01dRQkM?后 傾1.無風(fēng)傾載工況： 2638.1?所以 mKN*52.4371103.15*. ??）（后 傾故 穩(wěn)004.9656.92 ???后 傾后 穩(wěn)定性合格。2.有風(fēng)動載工況：)2/sin)('*()(' 1min01 uLHfPTdRQkMy ??????離 ）后 傾=321027.036KN*mm22故 0*524.1879036.256.390 ??????? mKNM后 傾后 穩(wěn)穩(wěn)定性合格。3.突然卸載或吊具脫落工況： )1703(8.156*2.0)(“min01 ????dRQk后 傾=-38572.8KN*mm0所以 穩(wěn)定性合格。綜上所述：后方穩(wěn)定性驗算合格。3.3 全伸臂時穩(wěn)定性計算：3.3.1 計算工況：根據(jù) GB3811-83 規(guī)定，可知驗算工況是指 mR50in?最大起重量 ，支腿全伸時的側(cè)方和后方穩(wěn)定性。依據(jù)TQ6.50?，在此僅驗算靜載無風(fēng)工況。??M3.3.2 側(cè)方穩(wěn)定性：圖如下：圖 4-3 側(cè)方穩(wěn)定性分析其中 )2/)2/)2/( min0 aRGbacaGM????頭 （根 （側(cè) 穩(wěn)所以KNRb79.150/841(.31min ??頭）（）（）（側(cè) 穩(wěn) *79648.25?）（ /.=670367.08KN*mm)2/(min01aQk??側(cè) 傾其中 286.154/79.1*055.0 ????G頭所以23mKNM*768.13492/4805.*286.1???）（側(cè) 傾.67?側(cè) 傾側(cè) 穩(wěn)0*?故 側(cè)方穩(wěn)定性驗算通過。3.3.3 后方穩(wěn)定性：見圖 4-2 )()()(0 dRGdbdcGM???頭根后 穩(wěn)=225.4*（600+1770）+14.02*（854+1770） -19.79*（5000-1770）=507064.78KN*mm )1705(86.4*2.1)(min01??RQk后 傾KN45.279?.97.0??后 傾后 穩(wěn)3.?所以 后方穩(wěn)定性合格。24第四章 起重特性曲線4.1 概述起重機的起重特性是由機構(gòu)，結(jié)構(gòu)和整體穩(wěn)定性三個因素綜合決定的。起重機的起重特性曲線是由吊臂強度起重特性曲線，抗傾覆穩(wěn)定起重特性曲線和設(shè)計時所給定的 M 值所決定的。根據(jù)計算公式可繪制出相應(yīng)的曲線，曲線與坐標(biāo)橫軸包圍的面積表示起重機安全工作的范圍。4.2 吊臂強度起重特性曲線4.2.1 全縮臂工作時：變幅油缸支承處吊臂的彎矩為：當(dāng) R=3000mm, , ， , 時，可上式KNQ8.1560?05umlQ471?lG2671?求出彎矩 01 5cos*]26.347*)92.3(*2.[??M從而可以得到幅度 R 與起重量 Q 的關(guān)系式08.9/})(.1/)]({[ 0110 blbGlL??即： )2.3562.84.0/3.60 mRTQ???起重量 還 必 須 符 合 關(guān) 系 式RM//0?4.2.2 半伸臂工作時:變幅油缸支承處吊臂的彎矩為: uGlQcos])([2022???當(dāng) R=4000m， .6219,1238,86.7,90 mllKNGQ???時,可按上式求出彎矩 02 .7cos*]9.312*.38.1[）（M從而可以得到幅度 R 與起重量 :的 關(guān) 系 式08./})(./)]({[ 02220 bRlbGlLQQ?????即 )7.149.1854.0/19.580 mT?起重量 還 必 須 符 合 關(guān) 系 式RM//0??12011()coscosGll????254.2.3 全伸臂工作時：變幅油缸支承處吊臂的彎矩為:uGlQMcos])([3032???當(dāng) R=5000mm,時,可按上式求出彎矩.2409,1706,6.4,8.543303 mlluKNGQ??067cos*].8.*)9(1[從而可以得到幅度 R 與起重量 :的 關(guān) 系 式08.9/})(2.1/)]({[ 03330 bRlbGlLMQQ?????即 2.157.854.0/(.90 mT?起重量 還 必 須 符 合 關(guān) 系 式R/2/0??4.3 抗傾覆穩(wěn)定性曲線：由式：)2/(*)/1.5. 0aQG??頭（)2/(2(0 aRGbca??頭根 （可推出 之 間 的 關(guān) 系 式 ：與 R)2/(5.1/)]()/(()/([0 aRQ ??頭頭 ）25.1.頭?其中./.0/2./])2//0 頭頭 GbRacG????.(*b頭4.4 起重特性曲線的繪制:將已知數(shù)據(jù)帶入 4.2 和 4.3 中的 與 R 的關(guān)系式中即可得到起重機穩(wěn)定性0Q和吊臂強度決定的起重特性曲線和起重特性表.輸出結(jié)果及其曲線繪制如下曲 線 如 下 ：