隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計
隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計,起重,運輸車,舉升機,設(shè)計
本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目：隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計學(xué) 院：專 業(yè) 、班 級：學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo)教師（職稱）
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
2
一、選題依據(jù)1.研究領(lǐng)域
車輛工程-汽車設(shè)計-專用車設(shè)計-隨車起重車設(shè)計-舉升機構(gòu)設(shè)計2．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
舉升機構(gòu)的作用都是懸掛和搬運物體.隨車起重運輸車舉升機構(gòu)目前主要分為分為直臂式和折臂式。此次設(shè)計我所選擇的是折臂式舉升機構(gòu)。相比直臂式舉升機構(gòu)它主要有不占用車廂載貨空間，適合空間及高度狹窄的空間等優(yōu)點。
3．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
目前，國際上有瑞典、意大利、奧地利、德國、美國、日本和加拿大等國家的十幾家公司生產(chǎn)的幾十種型號的隨車起重機舉升機構(gòu)。日本生產(chǎn)直臂式、折臂式兩種舉升機構(gòu)，以直臂式為主。直臂式產(chǎn)品的特點是：吊臂為五邊形斷面，采用全動力伸縮，轉(zhuǎn)臺以 3 支點方式固定在車架上，此種支撐方式，能分散起重機在不平路面上行駛時產(chǎn)生在車架上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，還配備了高起動力矩軸向柱塞馬達的起升機構(gòu)，能保證順利起吊易于損壞的貨物，其支腿可全伸或半伸。此外備有幅度指示器、重量顯示、過卷報警、吊鉤安全止動銷等多種安全裝置。吊臂斷面為矩形，采用高強度鋼制造，節(jié)數(shù) 2-4 節(jié)，可以裝設(shè) ,1-2 節(jié)副臂，副臂在主臂側(cè)面折疊存放。吊臂為全動力伸縮，回轉(zhuǎn)機構(gòu)有齒輪齒條式和回轉(zhuǎn)支承小齒輪式兩種，后一種是由一個抗剪切滾珠軸承和低速大扭矩馬達帶動的小齒輪組成。
國內(nèi)隨車起重車生產(chǎn)企業(yè)大多不太重視技術(shù)研發(fā)，尤其在舉升機構(gòu)方面與國外產(chǎn)品有一定差距。像徐工隨車起重車廠就制定了以技術(shù)創(chuàng)新支撐企業(yè)快速做大做強的發(fā)展思路，開發(fā)生產(chǎn) SQ 系列伸縮臂式、折疊臂式舉升機構(gòu)，兩年開發(fā)了幾十個系列的產(chǎn)品，并向多功能折臂式舉升機構(gòu)拓展，形成了 1~20 噸的系列化產(chǎn)品，隨車起重機的舉升機構(gòu)作業(yè)工具也不再局限于吊鉤，各種高空作業(yè)平臺、抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等已逐漸被采用目前企業(yè)正加快新產(chǎn)品的開發(fā)步伐，完善產(chǎn)品。
隨著科技的進步與發(fā)展目前隨車起重運輸車的舉升機構(gòu)正朝以回轉(zhuǎn)、多關(guān)節(jié)彎曲、水平伸縮的運動完成起重吊裝，由液壓系統(tǒng)操作，可以與很多的液壓屬具(抓、叉、鉆、夾、抱)相配，共同完成更為復(fù)雜的作業(yè)，作業(yè)完畢，全特點，適用于包括各種復(fù)雜作業(yè)在內(nèi)的很多作業(yè)場合的折臂式舉升機構(gòu)發(fā)展，而折臂式舉升機構(gòu)則正朝作業(yè)性能高，結(jié)構(gòu)較簡單，價格便宜，作業(yè)輔助時間少，作業(yè)高度和幅度可隨時變換的方向發(fā)展。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
液壓舉升機構(gòu)等部件設(shè)計
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1） 整體方案構(gòu)思，設(shè)計
（2） 液壓舉升機構(gòu)的參數(shù)
（3） 舉升機構(gòu)的布局進行設(shè)計
（4） 選擇的參數(shù)校核
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
（1） 完成 8000 字以上的論文；
（2） 完成 3000 字左右外文文獻翻譯；
（3） 使用 CATIA、ANSYS 等軟件進行建模、分析；
（4） 三維圖紙一份。
4
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
通過查閱資料和網(wǎng)絡(luò)信息來調(diào)研，收集相關(guān)資料和信息
通過對收集的資料信息等的整理與對比來確定整體的方案和方向的構(gòu)思和設(shè)計
舉升機構(gòu)的布局，結(jié)構(gòu)設(shè)計
校核選擇的參數(shù)
舉升機構(gòu)參數(shù)選擇
繪圖并撰寫說明書
2. 論文（設(shè)計）進度計劃
（1） 第 1、2 周調(diào)研、資料收集，完成開題報告；
（2） 第 3 周研究隨車起重車的設(shè)計步驟與設(shè)計方法；
（3） 第 4 周收集材料，完成車輛的總體布置；
（4） 第 5-6 周開始用軟件進行繪圖撰寫說明書；
（5） 第 7-10 周完善設(shè)計內(nèi)容，并完成大部分圖紙；
（6） 第 10-13 周設(shè)計說明書修改及完善；
（7） 第 14 周畢業(yè)設(shè)計答辯；
四、需要閱讀的參考文獻
[1]王忠元,滕儒民,王鑫,李靖.隨車起重機回轉(zhuǎn)支承優(yōu)化設(shè)計[J].起重運輸機械,2013(02):30-32. [2]楊路.隨車起重運輸車臂架設(shè)計要素[J].商用汽車,2012(08):56-59.
[3]崔婷婷.某型號隨車起重機設(shè)計[J].湖南農(nóng)機,2014,41(05):109-110. [4]楊路.隨車起重運輸車臂架設(shè)計要素[J].商用汽車,2012(08):56-59.
[5] 王艷宜,張森林,鄭華,梁鵬.隨車起重機吊臂結(jié)構(gòu)的有限元分析及優(yōu)化[J].農(nóng)機使用與維修,2015 (08):41-43.
[6] 宋飛.機械式隨車起重機自動收鉤裝置的原理及應(yīng)用[J].科技風(fēng),2015(12):123+125.
[7] 高晶.隨車起重運輸車的抗傾覆穩(wěn)定性分析計算[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理,2014,27(10):105-10 8.
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[9] 劉寶波,張凱,賈楠.折臂式隨車起重運輸車穩(wěn)定性分析[J].機械科學(xué)與技術(shù),2012,31(12):1963
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[10] 楊明星,晉民杰,范英,張帥,馬俊.折臂式隨車起重機底座有限元分析[J].起重運輸機械,201 4(07):1-4.
[11] Frank Raczon,Frank Raczon. Truck Cranes Provide Big Lifts Anywhere, Anytime[J]. Constr uction Equipment,2016.
[12]V. V. Panasyuk,I. P. Vas'kiv,V. I. Kovalenko.Necessity of taking crack resistance into consid eration in designing and building the units of truck-mounted cranes.Springer Journal,2013
[13]Anonymous.Liebherr truck-mounted crane provides travelling benefits.ProQuest,2014 [14]Thomas Berry.The truck-mounted shovel and dragline.ProQuest,2013
7
文獻綜述
隨車起重運輸車由于具備既能起重又能載貨、機動靈活這一獨特的優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于交通運輸、土木建筑、電力、電訊、野外作業(yè)、石材業(yè)和碼頭等的貨物裝卸、搶險救援及遠距離轉(zhuǎn)移貨物，加裝附加裝置后，還可用于橋梁維修、高空架線及檢測等作業(yè)。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的規(guī)模不斷加大，隨車起重運輸車在起重運輸行業(yè)和野外
作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來越大[1] 。
1. 國外隨車起重運輸車舉升機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國際上有瑞典、意大利、奧地利、德國、美國、日本和加拿大等國家的十幾家公司生產(chǎn)的幾十種型號的隨車起重運輸車，主要以歐洲為主。歐洲 20 世紀(jì) 40-50 年代開始生產(chǎn)隨車起重運輸車，主要廠商有瑞典的 HIAB，意大利的 FASSI、FERRARI、HEILA，奧地利的 PALFINGER，德國的 TIRRE 等；亞洲生產(chǎn)隨車起重機廠商主要有日本的加藤、多田野、尤尼克；美洲生產(chǎn)隨車起重運輸車廠商主要有 GROVE 等。這些都是世界知名的生產(chǎn)隨車起重運輸車的公司，各公司都形成了功能多元化、品種系列
化、機電液控制一體化的產(chǎn)品體系，最大起重量已超過 60t，吊臂長度已超過 30m[2] , 最大起重力矩超過 1000kN· m 下面就幾家著名的隨車起重運輸車廠家的產(chǎn)品特點進行具體分析。
意大利FERRARI 公司 1998 年以后建立了一個完整的鉸接的折臂式隨車起重運輸
車舉升機構(gòu)系列。意大利 PESCI 公司的產(chǎn)品，具有多節(jié)起重臂，并且可裝有多種形式的附加伸長臂，還可選用種類繁多的附件，如鋼絲繩卷揚機、抓斗、吊桶、遙控
裝置等[3] 。
意大利 CORMACH 公司的一般用途隨車起重運輸車舉升機構(gòu)可用于拖曳和起吊集裝箱。特殊用途的隨車起重機可用作伸縮臂救險車其特點是吊臂伸縮采用了多級復(fù)
合液壓缸[4] 。
日本多田野公司生產(chǎn)直臂式、折臂式兩種隨車起重運輸車，其舉升機構(gòu)以直臂式為主。直臂式產(chǎn)品的特點是：吊臂為五邊形斷面，采用全動力伸縮，轉(zhuǎn)臺以 3 支點方式固定在車架上，此種支撐方式，能分散起重機在不平路面上行駛時產(chǎn)生在車架上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，還配備了高起動力矩軸向柱塞馬達的起升機構(gòu)，能保證順利起吊易于損壞的貨物，其支腿可全伸或半伸，這樣就使在狹窄工地上作業(yè)成為可能。此
外備有幅度指示器、重量顯示、過卷報警、吊鉤安全止動銷等多種安全裝置[5] 。GROVE 公司是美國最大的輪式隨車起重運輸車制造商，發(fā)展了鉸接的折臂式隨車
起重運輸車，其支腿均為 H 型，舉升機構(gòu)以背包式安裝在吊臂后端。該公司生產(chǎn)的舉升機構(gòu)均可裝配 1 人用吊籃、2 人用吊籃、集裝箱抓具、螺旋鉆、遙控裝置等，
以擴大用途[6] 。
2. 國內(nèi)隨車起重運輸車舉升機構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀
我國隨車起重運輸車的生產(chǎn)起步較晚，到 70 年代末，全國生產(chǎn)的隨車起重機產(chǎn)品品種還很單一，是近幾年才有較大發(fā)展，不過最近國內(nèi)對于舉升機構(gòu)研究有很大的突破與創(chuàng)新。
長沙理工大學(xué)汽車與機械工程學(xué)院完成了隨車起重運輸車舉升機構(gòu)參數(shù)化系統(tǒng)研發(fā)。利用 VB 語言對 SolidWorks 的二次開發(fā)實現(xiàn)，先要在 VB 集成環(huán)境中，完成有關(guān)類型庫的引用，通過 ActiveX Automation 訪問 SolidWorks 提供的主要對象。在VB 編輯器中修改宏程序，利用尺寸驅(qū)動原理，通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結(jié)構(gòu)相同而參數(shù)不同的零件族使用SolidWorks 的API 對象對基本臂的驅(qū)動尺寸進行更改獲
得新的草圖，并建立實體特征即可創(chuàng)建了另一個節(jié)臂的三維模型[7] 。
徐工隨車起重機有限公司發(fā)現(xiàn)隨車起重機臂體生產(chǎn)過程中的焊接變形會造成制造精度降低,焊后加工的工藝流程制約生產(chǎn)效率的提升。通過優(yōu)化工藝路線,提出分散加工、分組加工的方法,有效控制整體焊接變形,并通過將整體加工優(yōu)化為多個工藝組件的方式保證臂體結(jié)構(gòu)件加工面及孔的精度。通過工藝優(yōu)化,不僅提升了臂體結(jié)
構(gòu)件的制造精度,而且提高了產(chǎn)品加工效率,降低了人工成本和設(shè)備投入[8] 。3.隨車起重運輸車舉升機構(gòu)的發(fā)展趨勢
隨著科技的進步與發(fā)展目前隨車起重運輸車的舉升機構(gòu)正朝以回轉(zhuǎn)、多關(guān)節(jié)彎
曲、水平伸縮的運動完成起重吊裝，由液壓系統(tǒng)操作，可以與很多的液壓屬具(抓、叉、鉆、夾、抱)相配，共同完成更為復(fù)雜的作業(yè)，作業(yè)完畢，全特點，適用于包括各種復(fù)雜作業(yè)在內(nèi)的很多作業(yè)場合的折臂式舉升機構(gòu)發(fā)展，而折臂式舉升機構(gòu)則正朝作業(yè)性能高，結(jié)構(gòu)較簡單，價格便宜，作業(yè)輔助時間少，作業(yè)高度和幅度可隨時
變換的方向發(fā)展[9] 。
4.本文擬開展的研究內(nèi)容
本文擬展開的研究內(nèi)容為折臂式隨車起重運輸車舉升機構(gòu)的設(shè)計
7
畢業(yè)論文（設(shè)計）
題目名稱： 隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計
所 在 學(xué) 院 ：專業(yè)（ 班級）：學(xué) 生 姓 名 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 評 閱 人 ： 院 長 ：
I
隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計
隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計
總計：
摘 要
隨車起重運輸車（crane truck），它是通過液壓系統(tǒng)作用來完成舉升和搬運貨物的裝置，它一般和專門設(shè)計的專用汽車一起連接。起重機具有操縱性好、易轉(zhuǎn)移、既可以運輸又可以起重、資源利用率高、較便宜等優(yōu)點。 因為具有優(yōu)秀的靈活性以及可以提升貨物并的優(yōu)點，隨車起重運輸車現(xiàn)已經(jīng)被廣泛用于轉(zhuǎn)移貨物、土木工程、電力、現(xiàn)場操作、石材工業(yè)、救援等不同方面，如果再安裝附加設(shè)備的話，還可用再其他很多不同的領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。伴隨著科技的不斷進步以及研究的不斷發(fā)展，隨車起重運輸車將會在未來更多不同的領(lǐng)域大放異彩。
本次設(shè)計主要針對的設(shè)計內(nèi)容是舉升機構(gòu)尺寸的計算、強度校核以及液壓裝置的設(shè)計與計算。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)目前市面上最為常見的徐工集團生產(chǎn)的起重機，所以本次設(shè)計通過計算與調(diào)研選用的也是徐工集團生產(chǎn)的起重機，液壓系統(tǒng)是整個起重機不可或缺的一部分，非常重要，所以本次設(shè)計也對液壓系統(tǒng)完成了相關(guān)的分析與計算設(shè)計。最后完成舉升機構(gòu)的設(shè)計后還要完成對機械臂的強度校核，看其是否滿足要求。設(shè)計出能舉起 2300kg 的滿足強度要求和標(biāo)準(zhǔn)的新型舉升機構(gòu)。
關(guān)鍵詞：起重裝置；液壓裝置；舉升機構(gòu)
II
ABSTRACT
Lift trucks, or truck cranes for short, are equipment that lifts, turns, and lifts goods by means of hydraulic jacking and telescopic systems. They are usually mounted on trucks.The advantages of truck-mounted cranes are good maneuverability and rapid transfer. They can integrate hoisting and transport functions, improve resource utilization, and are much cheaper than car cranes. With the unique advantages of being able to lift, load, and be flexible, truck-mounted lift trucks are widely used for cargo handling in transportation, civil construction, power, telecommunications, field operations, stone industry, and docks. , rescue and long-distance transfer of goods, after the installation of additional devices, it can also be used for bridge maintenance, high overhead lines and testing operations. With the increasing scale of national infrastructure, the role of truck-mounted crane trucks in the lifting and transport industry and field operations will also increase.
In this design, the design, calculation, selection and verification of the lifting mechanism, and the design and calculation of the hydraulic device are mainly performed. The crane used was the finished product produced by Xuzhou Construction Machinery Group Co., Ltd. The selection of the crane was completed through calculation, and the design, calculation and selection of the hydraulic device were also completed. Then the upper and lower arms of the entire lifting mechanism were checked for safety.
Key Words：Lifting device；Hydraulic device；Lifting mechani
隨車起重運輸車舉升機構(gòu)設(shè)計
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 舉升機構(gòu)研究現(xiàn)狀 1
1.2 發(fā)展趨勢 1
1.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 2
2 隨車起重運輸車舉升機構(gòu)的設(shè)計 3
2.1 總體方案的設(shè)計與分析 3
2.1.1 起重機的選擇 3
2.1.2 參數(shù)選擇 3
2.2 工作速度 4
2.3 舉升機構(gòu)的設(shè)計與結(jié)構(gòu)特點 4
2.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 6
2.5 本章小結(jié) 7
3 液壓裝置的參數(shù)選擇與計算 8
3.1 液壓傳動系統(tǒng)的概述 8
3.2 液壓傳動系統(tǒng)的說明與分析 8
3.3 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計 9
3.3 本章小結(jié) 15
4 隨車起重運輸車舉升機構(gòu)穩(wěn)定性校核 16
4.1 材料的選擇 16
4.2 對上臂進行受力分析 16
4.3 下臂截面尺寸的確定 20
4.4 本章小結(jié) 25
5 結(jié)論 26
參 考 文 獻 27
附錄 1：外文翻譯 28
附錄 2：外文原文 31
致謝 34
1 緒論
1.1 舉升機構(gòu)研究現(xiàn)狀
舉升機構(gòu)的功能是懸掛和攜帶物體。目前隨車起重運輸車的舉升機構(gòu)分為直臂式和折臂式。此次的設(shè)計選擇是一種折臂式舉升機構(gòu)。與直臂式相比，它主要具有不占用車廂空間，適用于空間和狹窄空間的優(yōu)點。
直臂式產(chǎn)品的特點是：臂架為五角形，全功率伸縮，轉(zhuǎn)臺以三個支點固定在機架上[1]。當(dāng)在不平坦的道路上行駛時，這種支撐可以支撐起重機。日本車架上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力還配備有舉升機構(gòu)，該舉升機構(gòu)具有軸向柱塞馬達的高起動轉(zhuǎn)矩，從而保證容易損壞貨物的平穩(wěn)起升，并且其支腿可以完全伸展或半伸展。而美國的舉升機構(gòu)還有各種安全裝置，如振幅指示器，重量顯示器，過卷報警器和吊鉤安全止動銷。德國懸臂的橫截面為矩形，由高強度鋼制成。結(jié)的數(shù)量是 2-4 節(jié)。它可以安裝 1-2 個吊臂。臂架折疊并存放在主臂的側(cè)面?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)有兩種齒條和回轉(zhuǎn)齒輪。后者由抗剪滾珠軸承和由低速高轉(zhuǎn)矩電機驅(qū)動的小齒輪組成[1]。
國內(nèi)的起重車舉升機構(gòu)研制生產(chǎn) SQ 系列伸縮臂式和折臂式舉升機構(gòu)，并擴展為多功能折臂式舉升機構(gòu)，形成 1-20 噸的系列產(chǎn)品。舉升機構(gòu)作業(yè)工具已不再局限于吊鉤， 各種高空作業(yè)平臺、夾具、籃筐、螺旋推運器、板叉、輪胎安裝機器人、打樁機等逐漸被采用[1]。長沙理工大學(xué)汽車與機械工程學(xué)院完成了隨車起重運輸車舉升機構(gòu)參數(shù)化系統(tǒng)研發(fā)。利用 VB 語言對 SolidWorks 的二次開發(fā)實現(xiàn)，先要在 VB 集成環(huán)境中，完成有關(guān)類型庫的引用，通過ActiveX Automation 訪問 SolidWorks 提供的主要對象。在 VB 編輯器中修改宏程序，利用尺寸驅(qū)動原理，通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結(jié)構(gòu)相同而參數(shù)不同的零件族使用SolidWorks 的API 對象對基本臂的驅(qū)動尺寸進行更改獲得新的草圖，并建立實體特征即可創(chuàng)建了另一個節(jié)臂的三維模型[2]。
1.2 發(fā)展趨勢
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展，隨車起重運輸車的舉升機構(gòu)目前正在朝裝配起重機發(fā)展，該起重機由液壓系統(tǒng)操作，可與多種液壓附件如叉、鉆、夾，而且支架可以完成更復(fù)雜、完整的操作和完整的功能，適用于包括各種復(fù)雜操作在內(nèi)的許多工作情況下的折疊臂升降機構(gòu)的開發(fā)。舉升機構(gòu)正朝向高性能、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作輔助時間少、操作高度和幅度隨時可變的方向發(fā)展。
9
1.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容
本次設(shè)計主要是對起重裝置的設(shè)計、計算、選型和校核及液壓系統(tǒng)的設(shè)計、計算等。主要內(nèi)容如下所示。
（1） 舉升機構(gòu)機械臂，整體布置的設(shè)計；
（2） 液壓系統(tǒng)各個液壓缸尺寸計算與設(shè)計以及液壓泵的選擇；
（3） 上、下機械臂的尺寸計算；
（4） 上、下機械臂的強度校核；
（5） 舉升機構(gòu)整體與各主要零部件的三維圖形與裝配圖形繪制；
2 隨車起重運輸車舉升機構(gòu)的設(shè)計
2.1 總體方案的設(shè)計與分析
2.1.1 起重機的選擇
起重機的重要組成部分有上臂、下臂、起重臂、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)等零件。根據(jù)查閱《專用汽車》設(shè)計第二版，本次設(shè)計的隨車起重運輸車舉升機構(gòu)最大起
升質(zhì)量選擇為 2300kg，現(xiàn)目前市面上最為常見的為徐工集團所生產(chǎn)的起重機，經(jīng)過查閱資料和調(diào)研本次設(shè)計選擇 SQ2SA1Q 型起重機。本次設(shè)計所選擇的起重機參數(shù)如表
2.1 所示。
表 2.1 起重機參數(shù)
2.1.2 參數(shù)選擇
本次設(shè)計的參數(shù)的選擇非常重要，參數(shù)的選擇會影響設(shè)計的舉升機構(gòu)所能達到的工作程度，參數(shù)的選擇應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計所需要達到的要求。
(1) 起重量
起重量直額能被吊起的物體或被移運物體的最大質(zhì)量。本次設(shè)計選擇 2300kg 為最大起升質(zhì)量。
(2) 起升高度
起升高度指能被吊起的物體所能達到的最大高度。本次設(shè)計選取 6300mm 為最大起升高度。
(3) 幅度
幅度指舉升機構(gòu)工作時吊鉤到回轉(zhuǎn)中心的距離。本次設(shè)計所選取的最大幅度與最小幅度如下所示。
最小幅度為：3500mm 最大幅度為：4000mm
2.2 工作速度
工作速度的設(shè)計同樣需要根據(jù)設(shè)計的舉升機構(gòu)所要達到的工作速度來確定。主要內(nèi)容如下：
2.2.1 起升速度
貨物起升速度與許多要素相關(guān)，比如起重量、起升高度等要素。但是過分的提高起升速度將會增大動載荷，反而會降低整體的工作效率，所以要選擇適當(dāng)?shù)钠鹕俣取?
本次設(shè)計選取 0.3m/s 為起升速度。
2.2.2 回轉(zhuǎn)速度
回轉(zhuǎn)速度會受到切向慣性力的影響，如果回轉(zhuǎn)速度過高的話，將會增加法線的垂直方向的受力，從而造成與預(yù)期相反的結(jié)果。
本次設(shè)計選取 2.5r/min 為回轉(zhuǎn)速度。
2.2.3 變幅速度
折疊臂式的舉升機構(gòu)，舉升機構(gòu)的變幅速度是工作時的角度的改變的速度，一般小于 12°/s。
本次設(shè)計選取 10°/s 為變幅速度。
2.3 舉升機構(gòu)的設(shè)計與結(jié)構(gòu)特點
如圖 2.1 為折疊臂式隨車起重運輸車整車圖。
本次設(shè)計主要是舉升機構(gòu)部分，包括支架、下節(jié)臂、上節(jié)臂、伸縮液壓缸、伸縮臂、折疊液壓缸、回轉(zhuǎn)機構(gòu)。
2.3.1 起重臂
起重臂是舉升機構(gòu)的重要組成部分，折疊式的起重臂起重能力較大。本次設(shè)計如圖 2.2 所示。
2.3.2 下節(jié)臂
圖 2.2 舉升機構(gòu)的起重臂
下節(jié)臂的作用是可以通過不同的連桿配置，能自動調(diào)整外傾角、前束角以及使后輪獲得一定的轉(zhuǎn)向角度。本次設(shè)計如圖 2.3 所示。
2.3.3 上節(jié)臂
圖 2.3 舉升機構(gòu)的下節(jié)臂
上節(jié)臂是舉升機構(gòu)的第三級傳力部件，上節(jié)臂安裝在下節(jié)臂上，另一端與伸縮臂相連。本次設(shè)計如圖 2.4 所示。
2.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計
圖 2.4 舉升機構(gòu)的上節(jié)臂
在操作過程中，要將貨物運輸?shù)街贫ǖ攸c，離不開回轉(zhuǎn)運動的作用。 因此設(shè)計的舉升機構(gòu)必須可以進行回轉(zhuǎn)運動。所以在設(shè)計的時候，把起重臂的下端設(shè)計成可以和回轉(zhuǎn)機構(gòu)齒條嚙合的齒輪。當(dāng)左邊的液壓缸進油時候，右邊的液壓缸排油的時候，將機架向右推，帶動主臂逆時針轉(zhuǎn)動; 當(dāng)右液壓缸進入機油時，左液壓缸排油， 然后推動機架向左移動并順時針驅(qū)動主臂。本次設(shè)計選擇的是齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機構(gòu)。本次設(shè)計如圖 2.3 所示：
圖 2.5 折疊式起重臂的回轉(zhuǎn)機構(gòu)
2.5 本章小結(jié)
介紹了本次設(shè)計所采用的液壓系統(tǒng)的工作原理、工作特點、起重機選擇，方案說明，設(shè)計分析，結(jié)合了市場上現(xiàn)有的徐工生產(chǎn)的 SQ2SA1Q 型起重機以相關(guān)數(shù)據(jù)、方案得出本次設(shè)計的方案分析報告。通過大量收集舉升機構(gòu)資料，初步確定最大起升質(zhì)量為 2300kg 的 SQ2SA1Q 型起重機。本次設(shè)計選擇的是齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機構(gòu)。本章設(shè)計主要是舉升機構(gòu)部分，包括下節(jié)臂、上節(jié)臂、回轉(zhuǎn)機構(gòu)。
3 液壓裝置的設(shè)計
3.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)是用液體作為工作介質(zhì)傳遞壓力，以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)變。首先是液壓泵發(fā)揮作用將系統(tǒng)產(chǎn)生的動力也就是機械能轉(zhuǎn)化成為液壓能，再通過液壓系統(tǒng)的其他裝置裝置再將工作介質(zhì)所攜帶的液壓能轉(zhuǎn)化成為機械能，使起重機的舉升機構(gòu)裝置能夠正常工作。本次設(shè)計的液壓傳動系統(tǒng)由五個以下部分構(gòu)成：
（1） 動力部分—液壓泵。將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗堋?
（2） 執(zhí)行部分—液壓缸等。將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)槌蓹C械能。
（3） 控制部分—可以控制系統(tǒng)中油液的流動方向、流量、或壓力的裝置。
（4） 輔助部分—其他裝置。
（5） 工作介質(zhì)—液壓油。為了滿足整個系統(tǒng)的工作需求，工作介質(zhì)必須要保證它的不可壓縮性和流動性。除此之外，還必須具有合適的粘度和合適的的粘溫特性。
3.2 液壓系統(tǒng)的工作原理
3.2.1 液壓系統(tǒng)的說明
液壓系統(tǒng)工作原理為首先是液壓泵發(fā)揮作用將系統(tǒng)產(chǎn)生的動力也就是機械能轉(zhuǎn)化成為液壓能，再通過液壓系統(tǒng)的其他裝置再將工作介質(zhì)所攜帶的液壓能轉(zhuǎn)化成為機械能，使舉升機構(gòu)裝置能夠正常工作。本次設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)如圖 3.1 所示。
液壓油在 13 號液壓泵的作用下獲得動力，隨后進入分配閥 14 和 5 中。Ⅰ-Ⅴ滑閥
此時處于中立位置，然后工作介質(zhì)液壓油頂開 16 號溢流閥，然后液壓油再經(jīng)過漏斗式濾清器 10 再流回液壓油箱 11。
通過控制滑閥Ⅳ來控制分配閥 5，控制液壓油進入 7 號液壓缸，以此來控制工作裝置進行不同的工作。
通過控制Ⅴ、液壓缸 8 可以使舉升機構(gòu)完成升起動作或靠被舉升貨物的重力和活
塞桿的自身重力下降或著保持一定的高度。為了防止液壓系統(tǒng)過載，所以將安全閥 15
調(diào)到設(shè)定的壓力。安全閥是舉升機構(gòu)的舉升質(zhì)量限制器。
3.2.2 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點
圖 3.1 隨車起重運輸車液壓傳動系統(tǒng)
液壓傳動與其他傳動形式相比較，有以下特點：
（1） 相比較于其他傳動形式，在同等功率條件下液壓系統(tǒng)傳動體積更小，重量更輕，靈活性更高。
（2） 相比較于其他傳動形式，在同等功率條件下液壓系統(tǒng)傳動的傳遞過程更加均勻、平穩(wěn)，
（3） 相比較于其他傳動形式，在同等功率條件下液壓系統(tǒng)傳動的操作更加的簡單、方便，也更加的標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計
3.3.1 液壓缸的選型計算
設(shè)計液壓缸的時候，必須要充分考慮設(shè)計的要求以及預(yù)計達到的工作效果，以此為基礎(chǔ)來計算和設(shè)計液壓缸的結(jié)構(gòu)和主要尺寸。
（1） 驅(qū)動液壓缸尺寸計算
①液壓缸內(nèi)徑 D 的計算
計算公式：
D = 3.57 ′10-2
（3.1）
D --液壓缸的內(nèi)徑
F --液壓缸的推力
P --由設(shè)計要求可得選定工作壓力為 16MPa
19
Fh = G × (1)
2
× S + F1 × S
（3.2）
式中 G --上臂的重力,查閱資料取為 1500 N [3]
S --上臂的長度，為 4300mm[3]
F1 --舉升機構(gòu)最大起重力，由表 2.1 可得為 23000 N
h
h --最大起重力矩，由表 2.1 可得為 4.2TM
可得： F
= 24315N
所以 D = 3.57 ′10-2
= 0.054m
（3.3）
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》的標(biāo)準(zhǔn)值，取為：
D = 65mm
② 活塞桿直徑d 的計算
d = D
（3.4）
式中 d --活塞桿的直徑( m);
D --液壓缸的直徑( m);
j--速度比
查閱資料可得液壓缸速度比一般有 1.46、1.33、1.25 和 1.15 幾種
本次設(shè)計取 1.46，查閱《機械設(shè)計手冊》可得:
又因為 D = 65mm
所以可得：d=36.4mm 查閱《機械設(shè)計手冊》 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=40mm。
③液壓缸行程 S 的計算
d = 0.56D
查閱資料當(dāng)上臂的活塞伸出量為最大的時候是上、下臂的夾角為1350 [4]時。
計算如下所示：
L = 1.25 m
又因為 S=0.5L
所以取 S=625mm
④液壓缸相關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸的計算
1）缸筒的壁厚的計算
d3
d--液壓缸缸筒厚（m）；
py D
2[s]
(3.5)
py --試驗壓力（MPa）；取 py = 1.25 p ，即 py = 1.25 p = 1.25 ′16 = 20MPa
D --液壓缸內(nèi)徑（m）；
[s]--剛體材料的許用應(yīng)力（ MPa ），取[s]= 100MPa 。代入，得：
d= 20MPa ′ 65mm = 6.5mm 2 ′100MPa
所以缸筒壁厚為 6.5mm。2）缸體外徑的計算
D1 = D + 2d
D1 = 65 + 2 ′ 6.5 = 78mm
查《機械設(shè)計手冊》取得 D1 為 105mm。
（2） 起伏液壓缸尺寸
與起伏液壓缸計算方法相同，計算過程在此省略。
1）液壓缸的內(nèi)徑 D 取 D=50mm
2) 活塞桿直徑d 取 d=26mm
3) 液壓缸行程 S S=860mm
4) 液壓缸相關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸：
缸筒壁厚
d= 18mm
缸體外徑 D1=86mm。
（3） 伸縮液壓缸尺寸
1）液壓缸內(nèi)徑 D 取 D=30mm
2) 活塞桿直徑d 取 d=18mm
3) 液壓缸行程 S S=750mm
4) 液壓缸相關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸：
缸筒壁厚
d= 16mm
缸體外徑 D1=62mm。
3.2.2 液壓泵的計算與選擇
1 ) 油泵工作壓力 P
P = Fmax
106 A
MPa （3.6）
式中 Fmax——油缸最大起重力，N； A——油缸橫截面積，m2。
2 ) 油泵理論流量QT
Q = 60V
L/min （3.7）
T hnt
式中 V——油缸最大工作容積（ m3 ），按下式計算：
V=（ Smax - S0 ）
式中 Smax 、S0 、D 的單位均是 m；
pD2
′
103
4
L （3.8）
t——起重時間，查閱資料取得t ≤ 20s ；
hn——液壓泵容積效率hv = 0.85 ~ 0.9 。
3) 油泵排量 q
q = QT ′103
n
ml / r （3.9）
式中 QT ——油泵理論流量 L/min；
n——油泵額定轉(zhuǎn)速 r/min。
4) 油泵的功率 N
N = PQn W
ht
（3.10）
式中 P——油泵最大工作壓力，Pa；
n
Q ——油泵額定流量， m3/s ；
ht ——油泵總效率，ht =0.8；
W——油泵總功率，KW
按以上各式算出 P、QT 、ht 、W 后，根據(jù)計算結(jié)果選擇出設(shè)計所需要的油泵。
5) 油泵選型確定
液壓缸工作容積 V：
V = (Smax - S0 )
pD 2
4
′103
= 0.625 ′
p′ 0.1052
4
= 5.41 L （3.11）
油泵流量QT ：
QT
= 60V
hnt
= 60 ′ 5.41L = 18.03L/min 0.9 ′ 20s
（3.12）
速度比 i 選擇為 1.25
舉升機構(gòu)工作時發(fā)動機轉(zhuǎn)速： ne = 2200r/min
油泵的轉(zhuǎn)速 n 計算如下：
油泵的流量 q 計算如下：
n = ne
i
= 2200 = 1760r/min
1.25
（3.13）
q = QT ′103 = 18.03′1000 = 10.25mL/r
（3.14）
n 1760
綜合以上各式計算結(jié)果，選取齒輪泵為CB_Fc10 型。CB_Fc10 型此輪泵參數(shù)如下所示： 額定流量： q = 10.44 mL/r > 10.25 mL/r 符合要求
額定壓力： Pn = 14MPa
額定轉(zhuǎn)速： n = 1800r/min > 1760 r/min ，滿足要求功率 N：
N = PnQn
ht
本次設(shè)計整體設(shè)計完成后如圖 3.3 所示
= 6.4 KW
圖 3.3 隨車起重運輸車舉升機構(gòu)
3.3 本章小結(jié)
本章主要是對工作所需要的液壓系統(tǒng)進行了選擇、計算，并且對相關(guān)的元件進行了計算與設(shè)計，保證所設(shè)計的系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定工作，從而使舉升機構(gòu)正常工作。計算結(jié)果如下： 驅(qū)動液壓缸的相關(guān)尺寸： 液壓缸內(nèi)徑 D =65mm， 活塞桿直徑 d
=40mm，液壓缸行程 S =625mm，缸筒壁厚
d= 6.5mm ，取液壓缸外徑為 105mm。起
伏液壓缸的相關(guān)尺寸：液壓缸內(nèi)徑 D =50mm，活塞桿直徑 d =26mm，液壓缸行程
S=860mm，缸筒壁厚
d= 18mm ，取液壓缸外徑為 86mm。伸縮液壓缸的相關(guān)尺寸：
液壓缸內(nèi)徑 D =30mm，活塞桿直徑 d =18mm，液壓缸行程 S =750mm，缸筒壁厚
d= 16mm ，取液壓缸外徑為 62mm。選取齒輪泵型號為 CB_Fc10 型。
4 隨車起重運輸車舉升機構(gòu)穩(wěn)定性校核
4.1 材料的選擇
根據(jù)查閱資料：現(xiàn)目前舉升機構(gòu)的主要材料為Q235鋼，取鋼板的厚度為t = 4mm 。其屈服強度σs = 235MPa ，查機械設(shè)計手冊的，對于塑性材料可取n=1.2 ~ 2.5 可得安全
系數(shù)n = 1.3 [4]。
許用正應(yīng)力[σ] = σs
n
= 235 = 180.76MPa ；
1.3
許用切應(yīng)力[t] = [s] = 180.76 = 104.36MPa ；
3 3
4.2 上臂的受力分析
上臂工作到水平位置時，此時的上臂受力最大。
G1—上臂自重G—上下臂總重FBy— B點剪力
圖4.1 上臂剪力圖與彎矩圖
圖中數(shù)據(jù)以及圖形皆為MATLAB生成，剪力圖中17.22KN會在后續(xù)計算中用到。取上臂自重G1 = 350kg ′ 9.8 = 3.43KN
G = (100 + 200) ′ 9.8 = 2.02KN
通過幾何關(guān)系可得： EF 2 = BF 2 + BE 2 - 2BE ?BFcos35o
EF 2 = 3272 +14002 - 2 ×1300 ×306 ×cos35o
EF = 124mm
BF 2 = BE 2 + EF 2 - 2BE ?EFcosθ
cosθ = 0.986
sinθ= 0.165
對B取矩： l = BE sin θ = 1400 ′ 0.175 = 237.5mm
FE · l = G1
· BC + G ·（BC + 350） 2
（4.1）
由以上各式可以得到： FE = 188KN
FBX = FE cosθ = 188 ′ 0.986 = 176KN
FEy = FE sinq= 29KN
FBy = 29 - 7.84 - 2.94 = 18.22KN
4.2.1 上臂的截面尺寸的計算
有兩種方法可以來計算上臂的臂高[5]：
按結(jié)構(gòu)質(zhì)量[5]最小時來計算的話，計算公式如下:
h = （ 4.2 ）
式中： M max 為梁的最大彎矩；
gn 為梁的厚高比；
[s] 許用正應(yīng)力；
按強度條件[5]來計算的話，計算公式如下:
H = （4.3）
式中：W 為抗彎截面系數(shù)；
t 為梁的厚度。
本設(shè)計中選取的計算方法是按強度條件的計算方法。
由圖4.1可以得到最大的剪力為17.22，查閱資料得n=1.3[5] 最大彎矩M max = 17.22 ′1.3 = 22.4KN · m
上臂所需抗彎截面系數(shù)：W = M max
[s]
= 22.4 ′103
176.69 ′106
= 0.00013m3
由公式（4.3）得：H =
= 0.6W （上下臂厚度都為t） （4.4）
t
把計算所得的截面系數(shù)W = 0.00013m3 和t = 4mm 代入上式（4.4）得可得上臂高：
H =
H = 140mm
h = H - 2t
由上式可得： h = 132mm
型鋼[6]的抗彎截面系數(shù)：W =
BH 3
6H
bh3
-
6H
（4.5）
（4.6）
把b = B - 2t、W、H、h 代入上式可得： 0.00013 =
可得上臂梁的寬度： B = 245mm
b = B - 2t = 238mm
B ′ 0.143
6 ′ 0.14 -
(B - 0.008) ×0.1323
6 ×0.14
4.2.2 上臂的強度校核
上臂梁的尺寸確定后應(yīng)對其進行強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足條件時應(yīng)對前面選擇的數(shù)據(jù)進行修改。
BE段的正應(yīng)力計算公式為σ = FBX
A
梁的截面積：A = BH - bh
由BE段正應(yīng)力計算公式可得 A = 0.0287 - 0.026 = 0.0027m2
F BX= 166KN
（4.7）
（4.8）
綜上所訴可計算出最大正應(yīng)力為s=
F
166 ′103 N
0.0027
? S *
m2 = 61.5MPa ￡ -[s] 滿足 。
BE段所受的切應(yīng)力計算公式為τ= Q Z
（4.9）
2IZ ?t
BE截面的最大靜矩的計算公式為S * = A y - A y
（4.10）
Z 1 1 2 2
由上式可得： S *
= 0.205 ×0.14
0.14 - 0.197 ×0.132
0.132
× ×
Z 2 2
Z
S * = 0.000293m3
BH 3 - bh 3
Z軸慣性矩[8]計算公式為 I Z = （4.11）
12
再由上式可以得到： IZ = 9 ′10-6 m4
圖4.3 上臂的截面圖
17.22′103 ′0.000293
29
綜上所訴可求得上臂梁的最大切應(yīng)力τ =
2′0.004′9′10-6
= 70.1MPa￡[τ]滿足。
上臂梁的局部穩(wěn)定性校核： b = 197 ≈
1.49 ≈
強度最大，所以符合要求。
h
上臂梁整體穩(wěn)定性校核：W =
A
求。
132
13′10-5
≈
0.0027
0.28mm在(0.2 ~ 0.3)B 之間，所以符合要
4.3 下臂截面尺寸的計算
4.3.1 下臂的受力分析
下臂工作到水平位置時上下臂受力情況如圖4.4所示是,此時下臂受力最大，由此來計算梁的受力情況。
圖4.4 上下臂工作位置狀態(tài)一
Fax A點水平受力
Fay A點剪力
7.84和2.94皆為臂的自重[9]
AH = 718mm ， AG = 1200mm ，
通過幾何關(guān)系可得： HG 2 = AG 2 + AH 2 - 2 AG · AHcos45o
HG = 859mm
AH 2 = AG 2 + HG 2 - 2 AG · HGcosθ
cosθ = 0.8 力矩： l = AG ·sinq= 720mm 對A點取矩得:
sin θ = 0.6
720F = 7.84 4646 + 7.84 ×4646 - 7.84 5150 cos 75o + 2.9（4 4646 - 5150cos75o - 350）
1 × 2 × 2
F1 = 80.7KN
FAy = F1 ·sinq- 2.94 - 2 ′ 7.84 = 29.8KN
FAX = F1 cosq= 64.56KN
如圖4.5所示，對B點取矩：
力矩 L = 1300 sin φ = 1300 ′ 0.165 = 214.5mm
214.5F = 7.84 5150 sin15o + 2.94 ×5150 sin15 o
×
2 2
F2 = 42.6KN
圖中數(shù)據(jù)及圖形皆由MATLAB得到，其中29.8KN下面計算中用到
F = F - F cos84.5o - F cosq
BX AX 2 1
FBX = -4.1KN
F = F - F - F sin 84.5o - 7.84
By 1y Ay 2
FBy = -34.56KN
式中：
FAy A點剪力；
F1y G點剪力；
4.3.2 下臂的截面尺寸的計算
最大彎矩： M1max = 29.8′1.2 = 35.76KN · m M 2 max = 31.62 ′ 0.306 = 9.7KN · m
抗彎截面系數(shù)的計算公式為W = M1max
[s]
= 35.76 ′103
176.69 ′106
= 0.0002m3
按照強度條件下的計算公式可得： H 0 = =
（上下臂厚度都為t）
因此把計算所得的截面系數(shù)W = 0.0002m3 和t = 4mm 代入上式得：
可得下臂高
H 0 =
H 0 = 150mm
h0 = H 0 -2t （4.12）
h0 = 142mm b0 = B0 - 2t, W, H0 , h0
B H 3
型鋼的抗彎截面系數(shù)[8] W = 0 0
6H 0
b h3
- 0 0
6H 0
（4.13）
B ×0.153 (B - 0.008) ×0.1423
把b0=B0-2t、W、H0、h0代入上式： 0.0002 = 0 - 0
綜上，下臂梁的寬度： B0 = 168mm
b0 = B0 - 2t = 159mm
6 ×0.15
6 ×0.15
4.3.3 下臂的強度校核
下臂梁的尺寸確定后應(yīng)對其進行強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足條件時應(yīng)對前面選擇的數(shù)據(jù)進行修改。
下臂梁的正應(yīng)力計算公式為s= FAX
A
梁的截面積： A = 0.03285 - 0.02996 = 0.0029m 2
F AX= 64.56KN
（4.14）
綜上述所述可求的下臂梁的最大正應(yīng)力σ =
合要求。
64.56 ′103 N 0.0029
m2 = 22.3MPa ￡ -[s] 符
Z
Q
下臂截面所受切應(yīng)力[9]t=
F · S *
（4.15）
2IZ · t
下臂截面最大靜矩[10] S * = A y - A y （4.16）
Z 1 1 2 2
由上式可得： S *
= 0.219 ×0.15
0.15 - 0.211 ×0.142
0.142
× ×
Z 2 2
Z
S * = 0.000337m3
計算Z軸慣性矩
[11]
B H 3 - b h3
IZ = 0 0 0 0
12
（4.18）
Z
代入數(shù)據(jù)可得： I = 14 ′10-6 m4
綜上所訴可求得下臂梁的最大切應(yīng)力τ =
31.62 ′103 ′ 0.000337
2 ′ 0.004 ′14 ′10-6
= 95.1MPa ￡ -[t]
符合設(shè)計要求。
下臂梁的穩(wěn)定性校核結(jié)果為： b = 211 ≈ 1.49 ≈
強度最大，符合設(shè)計要求。
h
下臂梁的穩(wěn)定性校核結(jié)果為W =
A
求。
4.4 本章小結(jié)
142
15′10-5
≈
0.0029
0.22mm，在（0.2-0.3）之間，滿足要
本章計算了上，下梁臂的相關(guān)尺寸，并查閱相關(guān)資料選擇了合適了材料，在通過受力分析與計算等對舉升機構(gòu)的上下梁臂進行了強度校核，使其能夠達到要求，滿足標(biāo)準(zhǔn)。最后計算結(jié)果如下所示：
上臂外徑寬度B=245mm，內(nèi)徑寬度b=238mm； 下臂外徑寬度B=168mm，內(nèi)徑寬度b=159mm； 校核結(jié)果如下：
上臂梁的最大切應(yīng)力滿足要求； 下臂梁的最大切應(yīng)力滿足要求；
5 結(jié)論
本次設(shè)計主要完成了以下內(nèi)容：首先介紹了舉升機構(gòu)的相關(guān)的概念，然后介紹了舉升機構(gòu)的國內(nèi)和國外的不同的研究現(xiàn)狀以及近況，然后選擇了符合設(shè)計要求的起重機。此外還根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計了液壓系統(tǒng)線路圖，最后對舉升機構(gòu)的穩(wěn)定性及各項基本性能參數(shù)進行了校核，保證其能達到設(shè)計的要求。
截止目前，本次設(shè)計大部分已經(jīng)完成。最終結(jié)果如下所示：
液壓缸參數(shù)：驅(qū)動液壓缸的相關(guān)尺寸：液壓缸內(nèi)徑 D =65mm，活塞桿直徑 d
=40mm，液壓缸行程 S =625mm，缸筒壁厚
d= 6.5mm ，取液壓缸外徑為 105mm。起
伏液壓缸的相關(guān)尺寸：液壓缸內(nèi)徑 D =50mm，活塞桿直徑 d =26mm，液壓缸行程
S=860mm，缸筒壁厚
d= 18mm ，取液壓缸外徑為 86mm。伸縮液壓缸的相關(guān)尺寸：
液壓缸內(nèi)徑 D =30mm，活塞桿直徑 d =18mm，液壓缸行程 S =750mm，缸筒壁厚
d= 16mm ，取液壓缸外徑為 62mm。選取齒輪泵型號為 CB_Fc10 型。臂梁參數(shù)：
上臂外徑寬度B=245mm，內(nèi)徑寬度b=238mm；
下臂外徑寬度B=168mm，內(nèi)徑寬度b=159mm； 校核結(jié)果如下：
上臂梁的最大切應(yīng)力滿足要求； 下臂梁的最大切應(yīng)力滿足要求；
參 考 文 獻
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[3] 程晨.隨車起重運輸車國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，專汽網(wǎng)，2017 [4]聞邦椿.機械設(shè)計手冊第五版,機械工業(yè)出版社,2014
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[18] Thomas Berry.The truck-mounted shovel and dragline.ProQuest,2013
附錄 1：外文翻譯
隨車起重裝置的結(jié)構(gòu)與設(shè)計
相對傳統(tǒng)的舉升機構(gòu),該舉升機構(gòu)只采用了液壓缸,使液壓系統(tǒng)的管路簡單,控制方便,液壓系統(tǒng)的可靠性高,且安裝方便。上述的分析與計算,為該機構(gòu)建立了結(jié)構(gòu)與性能等參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系。有關(guān)推銷與套筒間的摩擦與磨損,套筒導(dǎo)槽角和翻轉(zhuǎn)角度與舉升高度的適應(yīng)性等問題,將有待進一步的分析研究和結(jié)構(gòu)發(fā)。
隨車起重裝置在國外稱為隨車吊 。本文按國家標(biāo)準(zhǔn)稱其為隨車起重裝置。一輛安裝了隨車起重裝置的廂式貨車在貨物運輸中, 不僅顯示其防雨防塵的專有功能,而且在貨物的裝卸方面實現(xiàn)了機械化。
1 隨車起重裝置的發(fā)展
隨車起重裝置的發(fā)展, 在國外大體上可分為四個時期。第一代產(chǎn)品產(chǎn)生于本世紀(jì)
30 年代末, 其特點主要是單缸舉升, 而欄板翻轉(zhuǎn)靠手動, 起升質(zhì)量為500kg 左右, 欄板(又稱載物平臺) 觸地傾角9°～ 10°。目前, 這種產(chǎn)品在東南亞、日本仍在使用, 90 年代, 還在美國得到了新的發(fā)展。第二代產(chǎn)品產(chǎn)生于50 年代初的歐洲市場, 在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了翻轉(zhuǎn)關(guān)門油缸。舉升與翻轉(zhuǎn)分別由二個獨立油缸實現(xiàn)。最常見的是四只油缸的型式, 也有雙缸的。起升質(zhì)量在500 kg 以上, 載物平臺觸地傾角10°, 翻轉(zhuǎn)動作憑操作者經(jīng)驗控制。該種產(chǎn)品目前主要用于美洲及東南亞地區(qū)。第三代產(chǎn)品產(chǎn)生于70 年代末的歐洲市場, 是在第二代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加第五只油缸。這只油缸在液壓系統(tǒng)中主要起相對位置的記憶功能, 使載物平臺觸地、離地的翻轉(zhuǎn)動作不再由操作者控制而由液壓系統(tǒng)本身控制, 從而使升降過程相對平穩(wěn)與安全。觸地傾角一般為8°～ 10°。若兼作廂門用, 因平臺尺寸增大, 傾角也可能小于8°。目前該類產(chǎn)品普遍用于歐美地區(qū)。第四代產(chǎn)品產(chǎn)生于90 年代初, 其液壓系統(tǒng)及功能原理同第三代產(chǎn)品, 只增加了記憶油缸的尺寸, 使記憶動作的范圍進一步增大。它不同于第三代產(chǎn)品的關(guān)鍵在于其載物平臺增加特殊結(jié)構(gòu), 由一體改為兩體活動聯(lián)接, 使平臺觸地后不僅能自動翻轉(zhuǎn), 而且有一個下沉的動作, 使觸地傾角達到6°, 甚至在6以下。目前該產(chǎn)品在荷蘭、南斯拉夫和中國已申請了實用新型發(fā)明專利。國內(nèi)已有定型產(chǎn)品投放市場。從操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代產(chǎn)品將逐漸取代了第二、三代產(chǎn)品。而第一代產(chǎn)品, 由于其結(jié)構(gòu)簡單, 重量輕, 雖然技術(shù)含量低, 但具有便于維修等優(yōu)點, 在發(fā)展中國家將仍有一定的市場。隨車起重裝置在國內(nèi)的發(fā)展只是近十幾年的事情。1985 年原郵電部從日本進口了一批裝有隨車起重裝置的廂式車。此后, 由漢陽專用汽車研究所、湖北汽車配件廠和郵電部明水通信機械廠三家合作進行了國產(chǎn)化研制開發(fā), 歷時兩年多,
卻因多種原因而未能投入使用。1988 年初, 郵電部明水通信機械廠組織技術(shù)人員, 繼續(xù)研制。在北京市郵政局的大力協(xié)助下, 經(jīng)過近四年的努力, 產(chǎn)品質(zhì)量日漸趨于穩(wěn)定。國產(chǎn)化產(chǎn)品早期用汽車發(fā)動機作為動力。1992 年實現(xiàn)以汽車蓄電池作為液壓泵站的驅(qū)動力。1992 年以后, 隨車起重裝置因國內(nèi)廂式車的發(fā)展而開始發(fā)展起來, 技術(shù)水平也逐漸向國際靠近。據(jù)目前了解的情況, 國內(nèi)生產(chǎn)欄板起重裝置的企業(yè)包括明水郵電通信設(shè)備廠等至少有5 家, 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式有單缸、四缸、五缸及90 年代初的美國技術(shù)及最新型的五缸技術(shù)。盡管在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式上, 國際上的四代產(chǎn)品均在國內(nèi)都有生產(chǎn), 但就其發(fā)展而言, 仍處于起步階段。國內(nèi)市場的擴展, 還需要間與機遇。從時間上講可能不會太久, 從品種上講, 短時期內(nèi)將仍是以多種型式并存, 但最終可能是單缸產(chǎn)品和五缸產(chǎn)品為主。
2 隨車起重裝置的基本原理
隨車起重裝置的品種雖多,但其基本原但其基本原理卻是相同的,即平行四連桿機構(gòu)的平行移動原理實際應(yīng)用中, 是兩組平行的四連桿機構(gòu),分置于汽車縱梁兩側(cè), 同步動作, 而DCE 即為上文所說的載物平臺(欄板)。設(shè)計時,須解決以下三個問題:BC桿轉(zhuǎn)動的動力; BC桿轉(zhuǎn)動動力的作用點及作用形式;CD 桿在C 點觸地后, 必須有一個繞D 點轉(zhuǎn)動動作,以便E端觸地,方便貨物裝卸。
2.1 動力系統(tǒng)
隨車起重裝置在發(fā)展初期為汽車發(fā)動機通過取力器帶動油泵驅(qū)動。由于工作時發(fā)動機需要怠速運轉(zhuǎn), 現(xiàn)已很少采用。目前基本都采用微型液壓泵站驅(qū)動, 以汽車電瓶為動力源。微型泵站的基本構(gòu)成有直流電動機(與汽車電瓶電壓匹配)、控制閥、齒輪泵、組合閥體(溢流、單向節(jié)流) 以及油箱、電機啟動開關(guān)、控制開關(guān)等。根據(jù)汽車電瓶電壓不同, 直流電機有12 V、24 V 兩種, 功率根據(jù)起重量不同有018 kW、110 kW、112 kW、115 kW、2 kW、3 kW 等。齒輪泵根據(jù)油缸數(shù)量(主要是液壓流量) 和液壓系統(tǒng)工作壓力選擇, 排量有1 m l、112 m l、116 m l、210 m l、215 m l、410 m l 多種規(guī)格, 齒輪泵最大輸出壓力可達25M Pa。液壓泵站國際產(chǎn)品的質(zhì)量已很穩(wěn)定, 國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量稍差, 主要是電磁閥質(zhì)量不過或體積偏大。
2.2 動力傳遞形式及作用點
動力均靠液壓油經(jīng)過壓力系統(tǒng)由油缸傳遞到B C 桿上。油缸數(shù)量和安裝位置不同, 以及采取的D C 桿的轉(zhuǎn)動方式的差異, 其動力傳遞的路線也不同。a1 單缸對中前置。鉸鏈B 為一長轉(zhuǎn)軸, 兩平行四連桿機構(gòu)安裝于軸的兩端, 軸的中間連一轉(zhuǎn)臂, 接油缸活塞桿端, 油缸另一端固定于支架上, 力的傳遞為: 油缸→轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸→B C 桿, 工作過程如圖2。b1 單缸對中后置。油缸位于兩四連桿機構(gòu)的中間位置, 兩四連桿的B C 桿
在中間用橫梁固定連為一體, 梁中間與油缸活塞桿聯(lián)接, 油缸另一端與支架聯(lián)接。c1 四缸及五缸型式。五缸結(jié)構(gòu)中的第五缸是液壓記憶缸, 在液壓回路中, 只參與載物平臺觸地后平臺的翻轉(zhuǎn)動作, 而不參平臺升降, 其基本結(jié)構(gòu)與四缸相同。四缸結(jié)構(gòu)中B C 桿均為油缸, 這是不同于單缸的區(qū)別。
2.3 CD 桿的轉(zhuǎn)動
CD 桿的轉(zhuǎn)動, 四缸與五缸型式依靠油缸的收縮實現(xiàn), 單缸對中后置式, CD 桿無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)動(但可在最高位置實現(xiàn)翻轉(zhuǎn), 因結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 在此不作介紹) ; 對于單缸對中前置式, 是以B C 桿的結(jié)構(gòu)改變實現(xiàn)的。實際設(shè)計中,A D 桿也需要作一定的技術(shù)處理才能滿足要求。另外還要注意一點,D CE 只在D 點鉸接, 其它型式為D、C 兩點鉸接。
3 隨車重裝置技術(shù)參數(shù)的確定
隨車起重裝置的技術(shù)參數(shù)主要有: 額定起升質(zhì)量、升降行程、升降速度、桿件尺寸、平臺尺寸、電動機工作電壓及功率、齒輪泵排重(額定輸出流量)、控制閥型式及數(shù)量和油缸的缸徑及工作行程、額定工作壓力等。一般情況下, 設(shè)計開始時已知的參數(shù)為地板距地高度、電瓶電壓及容量、汽車縱梁間距及縱梁高度和汽車后懸尺寸等。已知參數(shù)是進行設(shè)計的基本依據(jù)。
34
附錄2：外文原文
Steeplechase lifting device structure and design
Lifting Gear steeplechase and design of the structure of the lifting mechanism is relatively traditional, the tail plate lifting mechanism using only a single fuel tank, so that the hydraulic system of the pipe is simple, convenient control and high reliability of the hydraulic system, and and ease of installation. The above analysis and calculation of the institutions such as the structure and properties of the mathematical relationship between parameters. To promote inter-related with the sleeve of the friction and wear, the sleeve guide groove angle and flip angle and a high degree of adaptability, such as lifting will be subject to further research and the analysis of the structure of hair[17].
Li
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