本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院二○一六年四月摘要汽車起重機(jī)是廣泛應(yīng)用于電力建設(shè)、市政建設(shè)、橋梁施工、石油化工、水利水電等行業(yè)的一種起重運(yùn)輸設(shè)備，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)其需求越來越大，對(duì)其性能的要求也越來越高。本文主要內(nèi)容包括：國內(nèi)外汽車起重機(jī)發(fā)展?fàn)顩r的比較，桁架臂的介紹，主臂、副臂及撐桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，臂架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，臂架連接處強(qiáng)度的校核。同時(shí)完成臂架系統(tǒng)裝配圖，主臂、副臂及撐桿的裝配圖和相關(guān)零部件的工程圖。設(shè)計(jì)過程采用 Pro/E軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，并進(jìn)行虛擬裝配，最后應(yīng)用其工程圖模塊轉(zhuǎn)化為二維工程圖。本次設(shè)計(jì)并嚴(yán)格按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》進(jìn)行設(shè)計(jì)，其性能和質(zhì)量滿足相關(guān)要求。汽車起重機(jī)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(jī)械，所以也稱為汽車吊車。起重汽車廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)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。關(guān)鍵字：汽車起重機(jī) 提升機(jī)構(gòu) 起重臂ABSTRACTCrane is widely used in power construction, municipal construction, bridge construction, petrochemicals, water conservancy and hydropower and other industries a lifting and transport equipment, with the development of economic construction, its growing demand for its performance requirements higher and higher.The main contents include: comparison of domestic and foreign automobile crane development introduced truss arm, boom, jib and pole structure design, the arm strength, stiffness and stability calculations, the boom joint strength check. While completing boom system assembly drawing, drawing main boom and jib strut assembly drawing and associated parts. Design process using Pro / E software for three-dimensional solid modeling and virtual assembly, drawing its final application module into a two-dimensional drawing. The design and in strict accordance with the “crane design specifications,“ “Mechanical Design Handbook“ design, performance and quality to meet the requirements.Crane is in the car or cars special chassis means lifting equipment, loading and unloading of goods and the completion of building components mounted crane tasks cars. It is a walking type crane, it is also known automobile crane. Truck-mounted cranes are widely used in transportation, construction, oil fields, mines, docks and defense sectors, especially for goods scattered, narrow space, cargo landing height of the construction site.Keywords: boom truck crane hoisting mechanism目 錄緒 論 1畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù) .1產(chǎn)品概述 .1總體結(jié)構(gòu) .1第一章 總體設(shè)計(jì) 21.1 概述 21.1.1 起重臂 .21.1.2 變幅機(jī)構(gòu) .21.1.3 提升機(jī)構(gòu) .21.1.4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) .31.2 設(shè)計(jì)要求 31.3 起重機(jī)的主要性能參數(shù) 31.4 總體設(shè)計(jì)、計(jì)算 41.4.1 吊臂幾何尺寸的確定 .41.4.2 變幅油缸的長度 .71.4.3 起升機(jī)構(gòu)計(jì)算 .91.4.4 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算 .121.4.5 滑輪計(jì)算 .141.4.6 支腿裝置 .14第二章 基本臂設(shè)計(jì)計(jì)算 152.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 152.1.1 計(jì)算參數(shù) .152.1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 .17第三章 整體穩(wěn)定性計(jì)算 233.1 前言 .233.2 穩(wěn)定性計(jì)算：（基本臂） .233.2.1 計(jì)算工況 .233.2.2 側(cè)方穩(wěn)定 .233.2.3 后方穩(wěn)定性 .253.3 全伸臂時(shí)穩(wěn)定性計(jì)算 263.3.1 計(jì)算工況 .263.3.2 側(cè)方穩(wěn)定性 .273.3.3 后方穩(wěn)定性 .27第四章 起重特性曲線 294.1 概述 .294.2 吊臂強(qiáng)度起重特性曲線 294.2.1 全縮臂工作時(shí) .294.2.2 半伸臂工作時(shí) .294.2.3 全伸臂工作時(shí) .304.3 抗傾覆穩(wěn)定性曲線 .304.4 起重特性曲線的繪制 .31第五章 起重機(jī)的 PLC 設(shè)計(jì) 325.1 分析運(yùn)行過程 325. 2 I/O 端口接線 .325.3 起重機(jī) PLC 自動(dòng)控制梯形圖 .32第六章 起升機(jī)構(gòu)裝配工藝 43總結(jié) 44參 考 文 獻(xiàn) 45致 謝 46汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析1 1緒 論畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能，提高分析和解決問題能力的一個(gè)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(jí)人才基本訓(xùn)練的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其主要目的在于：1．培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立解決問題的能力，并結(jié)合設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和研究的課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論知識(shí)。2．培養(yǎng)搜集、閱讀和分析參考資料，運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算及制圖等基本能力。3．掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，理論研究和試驗(yàn)的一般程序和方法。4．樹立正確的設(shè)計(jì)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(jì)的協(xié)作精神。產(chǎn)品概述汽車起重機(jī)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(jī)械，所以也稱為汽車吊車。起重汽車廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)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(jī)是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用?？傮w結(jié)構(gòu)汽車起重機(jī)的總體機(jī)構(gòu)由上車部分（吊鉤，起重臂，提升機(jī)構(gòu)，變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)使用汽車底盤，具有行駛速度高.轉(zhuǎn)移方便的特點(diǎn)。操縱部分采用兩個(gè)司機(jī)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(dòng)和作業(yè)。汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析2 2第一章 總體設(shè)計(jì)1.1 概述本設(shè)計(jì)題目是汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析，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(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可實(shí)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(dòng)性大，不固定的作業(yè)場所。該車各工作機(jī)構(gòu)均采用液壓傳動(dòng)和操縱。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操縱省力，元件尺寸小。在工作時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)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(duì)各主要部分的綜述：1.1.1 起重臂該機(jī)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(gè)單級(jí)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(shí)，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(duì)起重性能的影響易采用同步伸縮機(jī)構(gòu)，各節(jié)伸縮臂同時(shí)以相同的行程比率進(jìn)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(shí)摩擦力明顯升高，所以有采用滾動(dòng)摩擦的要求。臂桿采用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板焊接成箱型。1.1.2 變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)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(diǎn)。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(duì)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(diǎn)。1.1.3 提升機(jī)構(gòu)提升機(jī)構(gòu)采用高速液壓馬達(dá)（變量軸向柱塞馬達(dá)）通過減速器帶動(dòng)提升卷汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析3 3筒，具有重量輕，體積小，容積效率高，可與驅(qū)動(dòng)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(diǎn)。起升機(jī)構(gòu)采用的減速器為兩級(jí)圓柱齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，重量輕，功率范圍大等特點(diǎn)。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(duì)卷筒受力較為有利。提升機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)的單卷筒單軸式起升機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)緊湊，有利于整個(gè)機(jī)構(gòu)的布置，可提高生產(chǎn)率或進(jìn)行輔助工作，并且維修和調(diào)整均較方便。制動(dòng)器裝在低速軸上，制動(dòng)力矩大，但制動(dòng)平穩(wěn)。1.1.4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用低速大扭矩馬達(dá)，這樣就省去了減速裝置，使得結(jié)構(gòu)邊的緊湊?；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(jī)的穩(wěn)定性能。支腿機(jī)構(gòu)：為了增加起重機(jī)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(dòng)作，并且采用自動(dòng)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(jī)具有了許多優(yōu)點(diǎn)。1.2 設(shè)計(jì)要求1.采用專用汽車底盤。2.起重作業(yè)部分的傳動(dòng)形式為液壓驅(qū)動(dòng)。3.吊臂截面為箱型結(jié)構(gòu)，且三節(jié)臂實(shí)現(xiàn)同步伸縮。4.伸縮機(jī)構(gòu)采用一級(jí)油缸加滑輪組以減輕自重。5.變幅機(jī)構(gòu)采用單缸前置式。6.起升機(jī)構(gòu)采用高速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)行星齒輪減速器的傳動(dòng)形式。7.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)小齒輪。8. 底架采用 H 型液壓伸縮支腿。1.3 起重機(jī)的主要性能參數(shù)1. 最大起重量：額定起重量 16 t(r=3mm)汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析4 42. 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(jì)、計(jì)算1.4.1 吊臂幾何尺寸的確定在已知參數(shù) Rmin=3.0 m 時(shí)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(diǎn)的位置，通過作圖得出動(dòng)臂的相關(guān)尺寸如下：1. 基本臂工作時(shí)由圖 2-1 可計(jì)算得出基本臂長：l = (1-1)1 22)1(in)(hbHRe???= 2)350930854=9120 毫米u(yù)1 =tg-1(H1+b-h)/(e+Rmin) (1-2)=tg-1(900+1500-2235)/(3000+854)所以得： u1=650汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析5 5圖 1-1 基本臂工作示意圖2.半伸臂工作時(shí)：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(shí)：l = (1-4)3 232)(min)(hbHRe???= 2)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：e1=390mm. e2=240mm e3=420mm e0=390mm e=854mm.汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析6 6b=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(jī)構(gòu)尺寸的確定：見圖 2-2。圖 1-2 起重臂機(jī)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)0'10max2all??∴伸縮臂的伸縮長度 為;=(;l/)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汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析7 7第三節(jié)臂搭接長度為 =1358mm“3l第二節(jié)臂結(jié)構(gòu)長度 212l??=1558+6668=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 1312lalc?=8226+400+8226=400mm圖 1-3 起重臂機(jī)構(gòu)尺寸1.4.2 變幅油缸的長度要求；動(dòng)臂擺角 0 —74.6 。0由整機(jī)和工廠的工藝要求以及變幅油缸的工作壓力決定三鉸點(diǎn)最佳位置如下圖所示： 汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析8 8圖 1-4 三鉸點(diǎn)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*0.43597.10*.435097.1??=2870.76 mm.取整得 l =2870mm 即油缸縮回時(shí)長度。5由 l5 值重新確定角度 a1.汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析9 9a =cos-1( a1 )2/(52adl??=cos-1(1750.957 )10.435*97.102/()8710.43?=25.477 0油缸全伸時(shí)的長度 l5’為l5’= )cos(21max2uda???=4965.)47.256.cos(*1.435097.*.435097.1 02 ??35 mm取整后得 l =4970 mm'5重新確定吊臂工作時(shí)的最大仰角：u 12521max )/((cosadl????)1.4350*97.2/()4970.397.024.5=74.777 0吊臂擺角 u=0 7.~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?。河墒芰Ψ治隹芍?，當(dāng)基本臂起吊最大額定起重量時(shí)，變幅油缸的工作壓力值最大。此時(shí)，Q 吊具自重為 G.8156.9*0KN?.起重臂自重為 G=33.81KN。238.%5.2*160?變幅油缸的工作壓力為：T=(R “/]*3/1)()[102min lGQe????=(3000+854)[1.2(156.8+3.92)+1/3 *33.81]/2120=371.1 KN查《機(jī)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(jī)構(gòu)計(jì)算起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械的主要機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)重物的升降運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析10 10液壓傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，由高速油馬達(dá)傳動(dòng)通過減速器帶動(dòng)起升卷筒減速器選用二級(jí)圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)減速器，起傳動(dòng)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9(拉力)xmSdz 74.8.01./)9.3(/)(0????鋼絲繩直徑 ,因工作級(jí)別為 Ms，選取 c=0.100( )。sc? 2/10t??所以 d=16.95mm.，取 d=17.5mm,(點(diǎn)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊）該吊鉤截面.75021mll?為梯形，材料為 20 鋼。3.確定卷筒尺寸:.DhdD30,2805.17*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. mD??????m取強(qiáng)度校核:對(duì)于 HT300 的鑄鐵材料,抗壓強(qiáng)度極限 抗拉強(qiáng):/0782Nby?度極限 .2/50Nb??。2/6.534178./][ mNy?因是多層卷繞，鋼絲繩卷繞箍緊對(duì)卷筒產(chǎn)生的壓應(yīng)力，強(qiáng)度合格。][/9.0).17*/(205./* 2yytsA ?? ?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 N343 68.9205])/21([*)/( mDDW?????汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析11 11所以， 2/1.468.9205/317mNw???合成應(yīng)力： 2/50//][,*]/[blylw ???其 中所以： 強(qiáng) 度 滿 足 要 求 。],[/63.49.206.53/1.42lmN????4.各層卷繞直徑的確定：第一層 dD5.17.1?第二層 32*302 ??第三層 m.8.53第四層 d547174?5.起升油馬達(dá)的選擇：選取二級(jí)臥式減速器傳動(dòng)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 。(1),滿載起升時(shí)需要油馬達(dá)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(dá)工作壓力選取 MCY14-1B.6.2091.*63/.182/2 MpaqP ???）（機(jī) ）馬（馬馬 ???型油馬達(dá)，q 馬=63ml/r（3）.根據(jù)起升速度確定油馬達(dá)軸轉(zhuǎn)速1min8.270])1([/60?????dDaivn?馬（4）.油馬達(dá)進(jìn)出口流量.in/6.4593./6*./ 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 .min/02.91*46/8.2170*5.34./1ainDV ??）（馬?，第三層 ，第四層 起升速度：m0.2 minV?14V汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析12 12.min/51.0min,/0.12in,/02.9maxmin VVV ???名 義平 均1.4.4 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算此次設(shè)計(jì)的 16t 全液壓起重機(jī)采用的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置為低速大扭矩馬達(dá)來代替高速馬達(dá)配減速裝置的機(jī)構(gòu)。雖然低速大扭矩馬達(dá)本身重量和尺寸都較大，但省去了多級(jí)的減速裝置。低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，從而通過旋轉(zhuǎn)支承裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用低速大扭矩馬達(dá)使得結(jié)構(gòu)顯得緊湊，工作平穩(wěn)，并可實(shí)現(xiàn)多周旋轉(zhuǎn)，但低速大扭矩馬達(dá)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(jī)的穩(wěn)定性能。交叉滾柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置滾動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)放在起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分上，大齒輪固定在起重機(jī)非旋轉(zhuǎn)部分上，不運(yùn)動(dòng)，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(tái)不會(huì)左右擺動(dòng)，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(jī)設(shè)36,140,12500 ??dmD計(jì)手冊）。2.作用在支承裝置上的等效彎矩為：cGeulRGQM*)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= KNGQ92.31)(0??因?yàn)?mVDM*.0874/*.4/?所以 ??????cos/sin)(cos22DMp???其中 ，)(6.5/012 滾 柱取 ?? 045?KN6.7汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析13 13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 *163470*)4530*1(5.91 ????傾斜阻力矩 .,sinsi???取RPlGp其中 .0,;6,42. 01 RGQmKNPG?所以： 3.液壓馬達(dá)的mNMp *8.14975.sin*]3)9.85(60*.9[ 0???計(jì)算：(1).油馬達(dá)需要輸出的最大力矩：）（）（馬 ?ipfm/?? mN*52.906).*5/(8.1497638.174?）（（2）.油馬達(dá)的工作壓力：（3）.油MpaqMP 2.1)9.4/(12/ 6???機(jī) ）馬（馬馬 ?馬達(dá)的轉(zhuǎn)速:汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析14 14min/102*5rin?起馬選取 IJMD-125 型徑向柱塞馬達(dá)，q 馬=6140ml/r, n 馬=10r/min,P 馬=16Mpa。1.4.5 滑輪計(jì)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(jī)穩(wěn)定性和減輕輪胎負(fù)荷，采用“H ”型支腿，該支腿具有對(duì)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(dòng)作。該支腿采用自動(dòng)調(diào)平裝置，保證了起重機(jī)在不平場地工作時(shí)能夠自動(dòng)保持水平狀態(tài)，從而提高了起重機(jī)的穩(wěn)定性，這對(duì)提高起重量和增加吊臂長度有利。該機(jī)構(gòu)是將支腿油缸接地和底架傾斜聯(lián)系起來而達(dá)到底架調(diào)平的，這不但防止了用三個(gè)支腿油缸來支承底架的危險(xiǎn)，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(shí)，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。汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析15 15第二章 基本臂設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)行計(jì)算。而最大幅度吊起最小起重量是由整機(jī)穩(wěn)定性決定的。2.1.1 計(jì)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： 汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析16 16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*.mz?二節(jié)臂圖 2-3（二節(jié)臂） 22810)3249(5*mA???43.1/bhIy 8*z=1.176*10yW36109.mz?三節(jié)臂 23 70)284(5*A??4196./bhIy?83mz汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析17 17=0.93*10yW36m10*725.z?圖 2-4 （三節(jié)臂）2.1.2 設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)，臂架傾角 制動(dòng)，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(jì)算簡圖及計(jì)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=204.134KN汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析18 182.起升繩拉力 S?mGQ/)(02???=1.2(156.8+3.92)/6*0.952=33.76KN3.軸向力 PuSsinco1?=33.76*1+204.134* 065=218.768KN4.橫向力 zT=204.134*cos6501sinco?SuQz??=86.271KN5.由垂直力 Q 和起升繩拉力 S 對(duì)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(jì)，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汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析19 19=1S1cos?=33.76KN(4).臨界力計(jì)算；1.變幅平面因?yàn)椋?=4350/9120 =0.477l/0可得 376.1?u12?u32)/(lEIRyxy?= 285 )910*76./(0*9*=5.23* N6101)./(??kyypk= 163)0*2.59/*782?=1.04872.旋轉(zhuǎn)平面：21?u在 式中 通過下圖計(jì)算：??1/8.04/ ./1SR）（ ???0001 742.3658.268/43?????tgu?AD= m4902?mADCl 81cos*.cos*0' ?801/8.7/'1 ???l59.76.3/.5)(0. ?410)(9.*42/ ??u汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析20 2013?u=2312)/(uEIPzkz?N6285 10*4.)91*4.0/(*9.0.* ?31 )./76)/( ????kzzK197.(5). 強(qiáng)度校核1．應(yīng)力計(jì)算：a.變幅平面內(nèi)力圖 .HTMzly??mNA *105796.40*127.8610*.632 ?y 2.5943/761b.旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)力圖。HTMyz*?汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析21 21mNMz *107.40*8236?859641?c.正應(yīng)力計(jì)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 1.0487Kz 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(qiáng)度合格。MPans 6.523.1/7/][????（6）.剛度校核：1.計(jì)算載荷： GQ*3/1)(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:汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析22 22a.變幅平面 :oykyoy fpf???)9.0/1(,其中123/''lz EILMEILT?m6454592'所以 foy7.1?83.192.*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(gè)方向的剛度均滿足要求。汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析23 23第三章 整體穩(wěn)定性計(jì)算3.1 前言起重機(jī)的穩(wěn)定性表示起重機(jī)在各種情況下抵抗傾翻保持穩(wěn)定的能力。當(dāng)起重機(jī)承受的升力（包括自身的重力）對(duì)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(shí)，起重機(jī)就繞傾覆軸線傾翻。統(tǒng)計(jì)資料表明，在臂架式運(yùn)行起重機(jī)的重大事故中，喪失穩(wěn)定的傾翻事故約占 60%。起重機(jī)傾翻必然導(dǎo)致機(jī)器和貨物破損，人身傷亡，后果極其嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)，必須保證起重機(jī)有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性。3.2 穩(wěn)定性計(jì)算：（基本臂）3.2.1 計(jì)算工況. 根據(jù) GB-3811-83 規(guī)定，按起重機(jī)的特征分，汽車起重機(jī)屬動(dòng)性很大的起重機(jī)（工組）。驗(yàn)算工況是在最小幅度 最大起重量 ，,30minR?TQ160?支腿全伸時(shí)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)定性分析汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析24 24)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/*7.6048.5 ???）（ ?=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*0489/438.16?）（側(cè) 傾 37??側(cè) 傾側(cè) 穩(wěn)M0*5.30??mKN所以穩(wěn)定性合格。2.有風(fēng)動(dòng)載工況：載荷系數(shù) 5.1?k因吊重鋼絲繩相對(duì)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KN91.0與傾覆同向的風(fēng)力為：KNckhqAf 275.4)(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?yàn)椋浩嚻鹬貦C(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析25 25436.207586.75?????側(cè) 傾側(cè) 穩(wěn) ‘M*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(shí)載荷系數(shù)為 2.01??k傾覆力矩為： )2/4803(.156*.)/(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。?3.2.3 后方穩(wěn)定性基本臂工作起吊最大額定起重量時(shí)，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KNR72.1)30/8541(2/.3)/1(*2/min ??頭=12.09KN