QY16C汽车起重机液压系统的分析计.docx
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QY16C汽车起重机液压系统的分析计
QY16C汽车起重机液压系统的分析计算
一、概述
QY16C液压汽车起重机是在吸收国外先进技术上并结合本公司实际情况研制的新产品。
该产品的主要特点是底盘采用双后桥，起升机构选用双卷扬带重力下放装置，重物在重力下放过程中可控制下放速度。
整机的行驶稳定性、越野性有一定的提高，投放市场以来深受用户的青睐，产品供不应求。
起重机除行走部分外，它的回转、起升、支腿、变幅和伸缩装置都是由液压传动，整车液压系统分为上车液压系统和下车液压系统。
中间由中心回转接头过渡。
三联齿轮泵（CB80/63/32）向整个系统供油。
其中32泵首先向支腿油路供油，当下车操纵阀处于中位时经中心回转接头向回转油路供油，63泵向变幅、伸缩油路供油，80泵向起升油路供油。
为了充分利用泵的功率和扩大调速范围，63、80泵合流向起升机构供油，满足起升机构高速提升的要求。
二、支腿油路
支腿油路由32泵提供压力油，它包括下车操纵阀F1、液控单向阀2-1、水平和垂直液压缸G2、G1。
如图2。
从油泵来的压力油进入操纵阀的换
向阀片1-2，该阀片为弹簧对中式，换向阀中位时油液经该阀至上车回转油路，换向阀下位时油液进入四个控制阀片1-3，该阀片上位时，液压油经液控单向阀进入垂直液压缸的无杆腔，垂直支腿伸出。
该阀片下位时，油液直接流入水平液压缸的无杆腔。
水平支腿伸出，有杆腔的液压油经液控单向阀1-4、换向阀回油箱。
换向阀上位时，从液压泵来的压力油经换向阀、液控单向阀1-4同时进入四个水平液压缸和四个垂直液压缸的有杆腔。
同时四个垂直液压缸上的液控单向阀2-1被打开。
四片控制阀上位时，四个垂直液压缸回油与油箱接通，液压缸回缩。
四片控制阀下位时，四个水平液压缸回油与油箱接通，液压缸回缩。
四片控制阀也可以单独操作。
液控单向阀2-1作用是防止起重机作业时支腿下沉。
操纵阀中溢流阀1-1限制系统的最高工作压力，设定压力18Mpa。
三、回转机构
回转机构由液压马达M2驱动，32泵供油，换向阀F2-1操纵。
如图3。
压力油从泵流出经单向阀1流入蓄能器2，蓄能器压力升到15Mpa时，顺序阀3换向，接通泵和换向阀之间的油路，当换向阀位于中位时，泵中位卸荷。
当换向阀位于左位或右位时压力油经该阀进入液压马达。
同时高压油经单向阻尼阀5与制动器液压缸6接通，推动活塞压缩弹簧打开制动器实现马达回转运动。
双向缓冲阀组F6的作用，当马达制动或换向时，机构由于惯性的作用使马达的出口压力升高，缓冲阀自动打开，高压油经过缓冲阀进入马达的进油口。
使回转机构缓慢的向前转一段，直到回转机构的动能全部在缓冲阀的节流作用下耗尽为止。
实现缓冲防止机构损害。
四、起升机构
起升机构由主、副卷扬两套装置组成，每套装置都是由卷筒、两极行星减速机和液压马达构成。
两卷筒上各有一套常闭式制动器和常开式离合器。
当打开制动器，合上离合器时，马达才能带动卷筒转动。
若打开制动器，不合离合器，两卷筒便可在支承轴上自由转动，重物可按自由落体下降。
主、副起升机构液压原理相同。
如图4是其中一种机构的原理图。
起升机构控制油路由两部分组成，一部分是马达的驱动油路，由液压泵、压力补偿阀2、换向阀F2-2、平衡阀F3和马达M1构成。
另一
部分是实现重物自由下放的控制油路，由蓄能器6、离合器控制阀F5、制动器控制阀F4、顺序阀7、制动器油缸Z1-1和离合器油缸Z1-2构成。
起升机构由液压马达驱动。
当换向阀处于中位时，63泵卸荷，80泵通过压力补偿阀（开启压力0.8MPa）卸荷。
当换向阀换向到右边第一位时，63泵卸荷，80泵来油经单向阀3和换向阀，一股油打开平衡阀驱动液压马达。
同时另一股油路经梭阀4分流，一路反馈到压力补偿阀，另一路通过制动器控制阀、顺序阀进入制动器液压缸，使制动器松闸于是马达转动。
物体被提升。
马达回油经换向阀回油箱。
当换向阀换向到右边第二位时，63泵来油经单向阀1与80泵合流供油加快马达转数，提高起升速度。
当换向阀工作在左边第一位或第二位时，起升机构为下降工况。
其中第一位是80泵供油，第二位是63、80泵供油。
重物的下降速度取决于液压泵油量，当重物在重力的作用下超速下降时，进油压力下降，平衡阀F3减小或关闭通道，回油量减小，进油压力升高，平衡阀通道打开。
限制重物的下降速度。
该阀芯在重物下降过程中始终处于动态平衡状态。
压力补偿阀2确保输出流量不受载荷的影响，节约能量。
溢流阀5限制系统的最高工作压力20PMa。
单向阀1、3防止液压油倒流。
从回转机构叙述中可知32泵来的液压油给蓄能器6冲压，压力升到15Mpa时油液从蓄能器分两路流出，一路经离合器控制阀F5进入离合器油缸使离合片与卷筒接合，同时制动器控制阀F4换向。
另一路压力油使顺序阀7换向。
重物自由下放时将离合器控制阀换向，离合器油缸中的油液通过该阀泄荷离合片与卷筒脱开。
同时制动器控制阀复位，蓄能器中的高压油进入制动器油缸一端，制动器被打开，此时吊钩靠自重自由下落。
自由下落过程中踩踏制动踏板时，从制动总泵8来的静压油液进入制动器油缸另一端，逐渐拉紧制动带，通过脚踏板的力量控制重物的下放速度。
五、变幅机构
变幅机构主要用以改变作业半径，要求能带负载变幅，变幅动作要平稳可靠。
在吊臂降落时液压缸回缩方向与负载方向一致，在自重作用下有自动加速的趋势。
为避免因臂架下降速度过快而发生事故及保证臂架准确可靠的停留在某一位置，回路中采用平衡回路。
平衡回路有锁紧、限速功能。
如图5所示。
变幅液压缸G3负载下降油路上并联一个单向阀和远控顺序阀组成平衡阀F3。
换向阀左位工作时，液压泵63来的压力油经单向阀、换向阀F2-3无阻碍地进入无杆腔，有杆腔的油经换向阀回油箱。
液压缸活塞杆伸出。
当换向阀右位工作时，63泵来油直接进入液压缸有杆腔，液压缸无杆腔的油液不能经过单向阀回油箱，必须打开顺序阀回油才能接通。
顺序阀的控制油路与有杆腔油路连接，高压油自动推顺序阀的阀芯，打开一条回油通道，于是油缸回油便能经顺序阀回油箱，活塞回缩。
由于重物的作用活塞加速回缩，有杆腔进油量增加进油压力减少与进油路相连的顺序阀控制油路压力也减少，顺序阀的阀心在弹簧力推动下复位。
顺序阀中的回油通道减小或完全关闭，由于阀中的阻尼作用，阀芯的动作比较平稳，在控制油压变化时，阀芯不会急促地开闭，因而回油通道面积的变化逐渐的。
活塞下降速度降低，其进油量相应减少，进油压力升高，顺序阀的控制压力也升高，阀芯的开口量增大，加大回油通道面积，活塞加快下降速度。
在控制油压升高时，由于阻尼作用阀芯不会立即迅速打开，因而活塞速度不会突然增大，这样活塞的动作就较平稳。
从上述平衡的工作原理可知，顺序阀的阀芯始终处于时而开大时而关小回油通道面积的动作中，在动态下工作，由于阀内阻尼作用，阀芯始终可保持适当的通道面积，使液压缸的排油量和供油量保持一定比例关系。
因而重物下降速度始终由液压泵的供油量决定。
六、伸缩机构
臂架伸缩机构主要用以改变作业高度（也改变作业半径）以及减小起重机运输状态下整机长度，提高机动能力。
一般采用多节伸缩臂架。
工作中要求平稳可靠，因此油路中必须安装平衡阀构成平衡回路。
QY16C液压汽车起重机选用三节伸缩臂架，二、三节臂为同步伸缩。
臂架中倒置的伸缩液压缸G4带动二节臂伸缩，三节臂由一组伸臂绳和缩臂绳实现臂架伸缩。
如图6。
伸缩机构由63泵供油换向阀F2-4操纵，当换阀左位工作时，压力油经过平衡阀F3中的单向阀进入液压缸无杆腔使活塞杆外伸，有杆腔的油压经换向阀回油箱。
当换向阀右位工作时，63泵来油直接进入液压缸有杆腔，有杆腔的压力达到溢流阀3的开启压力时（设定植16MPa）溢流阀打开，控制缩臂的工作压力。
同时打开平衡阀无杆腔油液经换向阀回油箱。
溢流阀2限制系统的最高压力。
单项阀1防止油液倒流损坏液压泵。
七、液压起重机泵和马达的选择
QY16C汽车式液压起重机的液压系统中，起升机构和回转机构用液压马达作执行元件，起升马达通过两极行星减速带动卷筒转动，回转马达通过一级行星减速和回转支承、小齿轮驱动转台转动，它们的动力元件是多泵系统。
1、起升机构液压马达和液压泵的选用
⑴起升机构液压马达负载力矩的计算
Mq=
式中：
Qg最大额定起重量（N）=
qg吊钩自重（N）
=258（N
）D卷筒计算直径（m）
i减速机的传动比
η总效率取80%
a滑轮组倍率取5
⑵起升机构液压马达功率的计算
Nq=
式中：
φ动载系数取1.25=
V吊钩起升速度（m/min）
=67（kw）
⑶起升机构液压马达排量的计算
q=
式中：
Pq液压马达进口压力（MPa）
=
Pq液压马达出口压力（MPa）
=105（ml/r）ηm液压马达机械效率取90%
选用A6V107Ha高压自动变量马达
⑷计算起升马达输出轴转速
nq=
=1996（r/min）
⑸计算起升马达所需流量
QW=
式中：
q起升马达排量（ml/r）
=237（L/min）ηmv起升马达容积效率取90%
选用CB-P80/63-HF高压齿轮油泵，该油泵每分钟1700转时的实际输出流量为243L/min>QW
2、回转机构液压马达和液压泵的的选用
由起重机的总体设计确定：
回转机构回转阻力矩为36000Nm,回转机构驱动齿轮轴的转速为2.5r/min,回转机构总的传动比44。
⑴回转马达功率的计算
NSW=
式中：
MSW回转机构回转阻力矩（Nm）
=11（kw）n回转机构回转速度（r/min）
η机械效率85%
φ马达超载系数取1
⑵回转马达输出轴扭矩的计算
T=
（Nm）式中：
i总回转机构速比取44
⑶回转马达排量的计算
q=
式中：
Ph回转马达进口压力（MPa）
=394（ml/r）
P2回转马达出口压力（MPa）
ηMV回转马达容积效率取90%
选用BM5-400摆线液压马达
⑷回转马达输出轴转速的计算
⑸回转马达所需流量
Q=
q回转马达理论排量（ml/r）
选用CB-P32-HF高压齿轮泵，每1400转数的实际输出流量为49L/min>Q
根据底盘的结构尺寸和厂家提供的样本QY16C液压汽车起重机液压系统选用三联齿轮泵CB-P80/63/32-HF。
3、校核液压泵和发动机的扭矩和功率
⑴液压泵的输入功率
N1=
式中：
P132泵工作压力（kg/cm2）
=
n132泵额定转速（r/min）
=20（kw）q132泵排量（ml/r）
η32泵总效率取82%
N2=
式中：
P263、80泵工作压力（kg/cm2）
=
n263、80泵额定转速（r/min）
=120（kw）q2、q363、80泵排量（ml/r）
⑵液压泵输入扭矩
T1=1.59
=1.59
=100（
）
T2=1.59
=1.59
=555（
）
N=N1+N2=20+120=140（kw）
T=T1+T2=100+555=655（
）
发动机取力器额定功率为152kw>N
发动机取力器额定扭矩为730Nm>T
参考文献
1.顾迪民主编《工程起重机》中国建筑工业出版社。
2.吉林工业大学主编《工程机械液压与液力传动》机械工业出版社。
QY16C汽车起重机
液压系统的分析计
（主论文）
锦州重型机械股份有限公司
技术中心：
郭军
二○○三年四月
一、概述…………………………………………………………………1
二、支腿油路……………………………………………………………1
三、回转机构……………………………………………………………2
四、起升机构……………………………………………………………3
五、变幅机构……………………………………………………………4
六、伸缩机构……………………………………………………………5
七、液压起重机泵和马达的选择………………………………………5
1、起升机构液压马达和液压泵的选用…………………………6
⑴起升机构液压马达负载力矩的计算…………………………6
⑵起升机构液压马达功率的计算………………………………6
⑶起升机构液压马达排量的计算………………………………6
⑷计算起升马达输出轴转速……………………………………6
⑸计算起升马达所需流量………………………………………6
2、回转机构液压马达和液压泵的的选用………………………7
⑴回转马达功率的计算…………………………………………7
⑵回转马达输出轴扭矩的计算…………………………………7
⑶回转马达排量的计算…………………………………………7
⑷回转马达输出轴转速的计算…………………………………7
⑸回转马达所需流量……………………………………………7
3、校核液压泵和发动机的扭矩和功率…………………………7
⑴液压泵输入功率………………………………………………7
⑵液压泵输入扭矩………………………………………………8
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