全路面起重机起重臂主要结构设计.docx
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全路面起重机起重臂主要结构设计
毕业设计说明书
全路面起重机起重臂主要结构设计
院部：
机械工程学院
学生姓名：
##
指导教师：
###职称教授
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
###########
完成时间：
二零一四年五月
摘要
随着经济建设的迅速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场起重机的需求也随之增加。
工况的不同也对起重机的性能要求越来越高，给起重机设计者带来无尽的挑战。
而我国起重机中汽车起重机比重达到80%以上，全地面起重机比重不高，而全地面起重机起重能力比汽车起重机要强，所以全地面起重机研究是我国起重机研究的重点。
本文通过对全地面起重机研究，以起重机起重臂为设计重点，零件的校核计算及结构设计，使起重设备运行平稳，定位准确，安全可靠，技术性能先进。
并独自完成零件图绘制及起重臂的总体结构设计，最后绘制设计总图。
其主要目的是全路面起重机的结构和工作原理，掌握起重机的设计方法，通过学习起重机的设计方法和步骤，提高我们分析问题和解决问题的能力，将自己所学的理论知识应用到实际工作生产中，培养实际动手能力。
关键词：
全路面起重机;吊钩;主臂;支腿设计
Abstract
Withtherapiddevelopmentofeconomy,China'sinfrastructureisgraduallyincreasing,road,airport,port,waterconservancyandhydropower,municipalconstructionandotherinfrastructureconstructionscaleisalsogrowing,marketdemandalsoincreasescrane.Differentworkingconditionsandperformanceofcraneoftheincreasinglyhighdemand,endlesschallengestothecranedesigner.ButChina'sautomobilecranecraneinproportiontoachieve80%above,allterraincraneisnothigh,andallterraincraneliftingcapacityisstrongerthantheautomobilecrane,soallterraincraneresearchistheresearchfocusofcraneinchina.Inthispaper,throughthestudyofallterraincrane,thecraneboomisthefocusondesign,checkingcalculationandstructuredesignofparts,thehoistingequipmentoperationisstable,accuratepositioning,safeandreliable,advancedtechnology.Andaloneandtheoverallstructureofjibdesigndrawing,finallydrawingdesigndrawing.Itsmainpurposeistostructureandworkingprincipleoftheallterraincrane,masterthedesignmethodofcrane,thedesignmethodandstepsoflearningcrane,improveourabilitytoanalyzeandsolveproblems,theywilllearntheapplicationoftheoreticalknowledgetopracticalworkinproduction,cultivationofpracticalability.
Keywords:
allterraincrane;hook;themainarmlegdesign;
全路面起重机起重臂主要结构设计1..
1.绪论1..
1.1起重机在国民经济建设中的作用与工作特点1.
1.2全路面起重机的几大特点2..
2.全地面起重机的主要技术参数设定和工作级别3.
2.2工作级别的确定3..
2.2.1初选起重机整体的工作级别3.
2.2.2初选起重机机构的工作级别3.
3.起重机起升机构的设计计算4..
3.1起升机构的构成4..
3.1.1内燃机来驱动的起升机构的特点4.
3.1.2由电动机驱动的起升机构的特点4.
3.1.3液压驱动的起升机构的特点5.
3.2液压驱动的起升机构布置方式5..
3.3起升机构的各组成设计计算5..
3.3.1钢丝绳确定5..
3.3.2滑轮的计算决择6..
3.3.3卷筒的设计及选择7..
3.3.4卷筒系列组的确定8..
3.3.5钢丝绳和滑轮尺寸的最后调整9.
3.3.6起升马达的计算9..
3.3.7液压泵的精确计算和选择1..0
3.3.8吊钩的设计，计算和决择1.1
4.变幅机构的基本设计计算1..4
4.1计算变幅力1..4.
4.1.1正常作业时的变幅力1..4
4.1.2得最大变幅力为1..4
4.2计算选用液压缸1..4
4.2.1液压缸筒内径的计算1..4
4.2.2计算活塞杆直径1..5
4.2.3缸筒壁厚度及外径的计算1..6
5.臂架伸缩机构的基本设计计算1..8
5.1确定臂架伸缩机构的驱动形式1..8
5.2计算臂架伸缩阻力1..8
5.3臂架伸缩液压缸的基本计算及选择1.9
5.4对液压泵校核以及臂架伸缩时间的计算2.0
5.4.1伸臂运动的计算2..0
5.4.2计算缩臂时间2..1
结论2..2..
致谢2..3..
1.绪论
1.1起重机在国民经济建设中的作用与工作特点
起重机械是对物料进行起重，运送，装卸和装配作业的机械。
它能完成靠人力无法做到的物料搬运工作，减少人们的体力劳动，提高劳动生产率，在工厂，矿场，车站，港口，工地，仓库，发电站等诸多领域中得到了广泛的应用。
随着生产规模日渐扩大，尤其是现代化，专业化的要求，各种专用起重机相续诞生，在很多重要的部门，它不仅是生产中的辅助机械，而且已成为生产线上不可缺少的机械设备，它的发展对国民经济起着强大的促进作用。
起重机是循环的，间歇性动作的，短程搬运东西的机械。
一个工作循环要包括上料，运送，下料与回到原位的过程，就是把取物装置从取物地点由起升机把物料提起，再运行，回转把物料移位，然后将物料在指定地点下放，然后进行相反动作，这样取物装置回到原位，就可以进行下次的工作循环。
在两个循环之间都有少许的停歇。
起重机作业时，各机构一般处于起动，制动和正向，反向等相互交换的运行状态之中。
在较高层建筑，化工及电站的建设中，需要吊运的工程量日益增多，其中不少物件的吊装与运送量达几吨。
因此，要选用大型起重机来进行诸如锅炉与厂房设备的吊装作业。
一般采用的大型起重机就有龙门起重机，门式起重机，塔基起重机，带式起重机，轮式起重机还有厂房里的桥式起重机等。
在道路建设，桥梁和水利等一些施工中，起重机的作用无法替代。
无论是装卸设备，吊装厂房中的构件，安装电站里设备，浇注混泥土，制作模板，开挖废料及其他建筑用料等，都得使用起重机。
尤其是水电工程，不仅其工程规模浩大，并且其地理条件特殊，施工的季节性强，工程自生很复杂，需要吊装的设备材料的量大品种又多，所以需要的起重机数量以及种类就更多了。
除了前面说的起重机外，在水电建设中还采用了其他一些特大型起重机，用来检修机组，起合闸门与吊拦污栅的用途。
这些用起重机有：
大型的桥式起重机，龙门式起重机，固定卷扬起重机与弧型闸门式起重机。
这些有专门用途的起重机起重吨位大，如用来放起吊闸门的龙门起重机与固定式卷扬起重机的起重量，我过已起重机大坝上的门式起重机等虽然隶属于发电站的固定设备，但在电站施工阶段中，却可用来安装机组，就也起到了工程起重机的作用。
1.2全路面起重机的几大特点
全路面起重机之所以能够在20世纪80年代到90年代风靡欧洲，甚至保持至今，那是由于高技术，高性能以及诸多用途等很多优势决定的。
全路面起重机即综合了汽车起重机的快速转移和越野型轮胎式起重机跃强野能力和负载行使等几大特点，这种合而为一强大的产品与普通的汽车起重机之比具有以下几个优点：
更加优秀的起重重量，较强的跃野性能，可适应恶劣工作环境的要求；结构紧致，重量较轻，外型美观，又具有良好的行驶性能；其底盘悬挂的方式为气悬挂，减震效果很明显，即能根据地面高低不平，能自动调平车架，又使爬坡能力更强；而且全轮转向，全架驱动，还转弯半径小，又可蟹形行走，使用范围非常广泛；还可根据需要来升高或降低车驾离地高度，以用来提高行驶和通过能力；支腿跨距增大，作业稳定性变好；就可以不受前方区域的其他限制，且360度全方位作业等。
2.全地面起重机的主要技术参数设定和工作级别
2.1主要的技术参数
起重量q：
8t；起升高度h：
15m；自重g:
10t起升机构的运行速度：
货物升降速度（以及起升速度）为1m／s吊装运行速度：
2.5m／s回转频率：
1.2r／min
变幅速度：
0.2m／s幅度R：
3.5m
主重力矩：
M=QR=56·tm最大的爬坡度：
20°最小拐弯半径：
10.5m
2.2工作级别的确定
2.2.1初选起重机整体的工作级别
初选起重机的利用率等级为U5，载荷状态为Q2，由此起重机的利用等级及载荷状态可将起重机的工作级别确定为A5。
2.2.2初选起重机机构的工作级别
一台起重机中各级机构的工作级别一般不尽相同，但整机和有金属结构的工作级别由主要机构（一般是主起升机构）的工作级别来确定。
在此情况下暂选主起升机构工作级别为M4。
3.起重机起升机构的设计计算
3.1起升机构的构成
在起重机中，用来提升或下降材料的机构统称为起升机构，一般有卷扬式（又称卷扬机）。
起升机构是起重机中最核心，最基本的机构。
起升机构都由驱动装置，钢丝卷绕系统，取物和安全保护装置组成。
驱动装置包含原发动机，联轴器，起动器，减速器以及卷筒等部件。
卷绕系统包括钢丝绳，卷筒和几个滑轮组。
取物装置有吊钩，抓斗，电磁力吸盘等多种。
安全装置又分超负荷限制器和起升高度限位器等。
起升机构的发动机有内燃机，电动机，液压装置三种。
3.1.1内燃机来驱动的起升机构的特点
其驱动力由内燃机由机械传动装置集中传梯给包括起升机构以及其各个工作机构。
其特点是拥有独立的能源，激动灵活，特别适用于流动作业的起重机。
为保障各机构的相互独立运动，整机的传动系统及其复杂笨重。
而且不能逆转，又不能带载起动，必须靠传动环机构的离合器来实现启动和换向，因此其调速困难，目前一般在少数轮胎式起重机和铝带起重机中使用。
3.1.2由电动机驱动的起升机构的特点
电动机驱动是起升机构最常用的驱动方式。
直流电动机比较适合起升机构工作要求，但由于很难获得直流电源，在大型的起重机上一般通过内燃机和直流发电机的组合实现直流传动。
交流电动机驱动却直接从电网取得交流电源，且电动机过载能力强又可带载起动，调速极方便，操纵又简单，维护容易，机组重量最轻，工作比较可靠，因此在电动起升机构中使用最广。
起重机用的电动机与一般长期不断运转的电动机不同，它要求频繁的起动与制动，故在起重机的电动机上设计上一般采用JZR（线绕式）和JZ（鼠笼式）的三相交流异变电动机。
与一般交流电动机比，它的转子又细又长（这样其惯性小，短暂过载能力强，起动转矩大）；即使在现代起重机的设计规范中，也一般推荐起重机上使用YZ及YZR电动机，其工作效率高，自重小，体积不大，起动力矩大，并且省电。
3.1.3液压驱动的起升机构的特点
由驱动液压泵，将作业油液压入执行机构（液压马达或液压缸）的机制动作，通过控制执行构件输入的液体流量大小实现调速。
液压驱动的最大优点是传动比例大，能实现其它发动机无法做到的大范围的无级调速。
且结构紧凑，运转十分平稳，操作也较方便，过载保护性好。
缺点是内部元件的制造精度要求特别高，不然液体容易泄漏。
现在液压驱动已经在流动式起重机上被广泛应用。
综上所述，故应选用液压驱动的起升机构。
3.2液压驱动的起升机构布置方式
图1高速液压马达与卷筒布置简图
1—液压高速马达2—制动器
3—圆柱型齿轮减速器4—卷扬机卷筒
如上图所示，是高速液压马达和圆柱齿轮减速器及卷筒等组成的起升机构，高速液压马达和卷筒的并列布置，是中小吨位液压驱动式起重机最常用的形式。
3.3起升机构的各组成设计计算
3.3.1钢丝绳确定
（1）按选择系数C计算钢丝绳直径，由
dCSmax
（1）
其中，d为钢丝绳直径（mm）；C为选择系数（mm/N）
Smax为钢丝绳最大吊装时静拉力（N）
2）选择单联滑轮
故有
max
3
（10.02）81039.81
=14614。
04（N）
230.950.96
Q：
起升载荷量，QQ起q；m：
滑轮组的倍率，取3；
z：
滑轮组的效率，查《起重机设计手册》表2-2-10故取z=0。
95；
1，2：
为导向滑轮组效率，查《起重机设计手册》2-2-3
应取1=2=0。
987
3）选择系数C的选择
（2）
查《起重机设计手册》表3-1-2选C=0。
099d.计算取值
CSmax
0.099141614.04
=11.97
抗拉强度（N/mm2）：
1550，钢丝绳破断裂拉力总和（
3.3.2滑轮的计算决择
1）滑轮的计算
设滑轮直径为D0
D0ed（3）
D01812216
D0：
从钢丝绳中心计算滑轮直径（mm）；d：
钢丝绳工作直径（mm）；
e：
轮绳之间直径系数比，查《起重机设计手册》表3-2-1得取e=18
（2）滑轮选择
查得《起重机设计手册》表3-2-2，表3-2-6，初选滑轮的重要尺寸和基本尺寸（mm）
滑轮代号为
LGS6.522.5-110-60,D=225,D7=265，
a=25,b=5.5,R=5.5,D1=110,B=60,推荐使用轴承型号为276-212，基本尺寸：
H=21.5,B140,E128,C=1.0,
R113,R211，R32.5，R43.0，得M=8，N=0,S=10
3.3.3卷筒的设计及选择
（1）卷筒各基本尺寸的计算
1得卷筒直径D
D（E1）d（4）
=（16-1）12
=180（mm）
其中：
d为钢丝绳直径；e为卷筒直径比，查阅《起重机设计手册》表3-3-1，得e=16
查阅《起重机设计手册》表3-3-9，初选取D=350（mm）
2卷筒绳槽半径R
由R=（0.530.56）d得R=0.54d
故R=0.5414=7.56mm
3标准绳槽深度h为
由h=（0.250.4）d取h=0.3d
故h=0.314=4.2mm
4标准绳槽节距p
由p=d+（24）mm得p=d+2
故p=14+2=16mm
5
卷筒有螺旋槽的部分长L0
3
2）16
121033
3.14364
=535.95（mm）
其中：
H为起升高度，取H=12103mm；m为滑轮组倍率，取m=3；D0为卷筒卷绕直径，取D0=D+d=364；n为附加安全圈数，取n=2；t为油绳槽节距，对于主卷筒t=p=16f.设卷筒长度Ls
LsL02（L2L1）Lg（6）
=536+2（180+48）+80
=1072
6计算卷筒壁厚
=16（mm）
7计算卷筒绳槽尺寸（mm）
绳槽半径R偏极差限=7.500.2，标准槽型p1=16.0,h1=5.5
3.3.4卷筒系列组的确定
查阅《起重机设计手册》确定短轴卷筒组系列（8t）
图2短轴卷筒组
起重量：
8t；起升高度：
16m；钢丝绳直径d：
14mm；D=350（mm），D1=306（mm）；D2=314（mm）；D3D4=322（mm）；d1=80（mm）；d2=17（mm）；H1=390（mm）；H2=65（mm）；H3=270（mm）；L==1230（mm）；L1=200（mm）；L2=1515（mm）；l=25（mm）；l1=60（mm）；l2=155（mm）；l3=120（mm）；l4=250（mm）；l光=80（mm）；
3.3.5钢丝绳和滑轮尺寸的最后调整
因此由《起重机设计手册》表3-1-12得钢丝绳改选为：
钢丝绳直径d=14.0mm；钢丝绳公称抗拉伸强度（N/mm2）：
1550，钢丝破拉裂力总和（t）N（不小于）：
134000。
由《起重机设计手册》表3-1-12将滑轮改选为：
滑轮代号：
LGS7.5280-125-65；
D=280,D7=330,a=31,b=7.0,R=7.5,D1=125,B=65,推荐轴承型号为276-212
3.3.6起升马达的计算
（1）起升马达所能受的最大扭矩
Mmax2SmaxDmax（N.M）（7）
2ich
=1.088143280.364
=221.040.92
=146.57
其中：
max为动力系数，max=1+0.35v=1.088；ch：
为传动效率，
ch=0.92
I为起升减速传动比，i=21.04；Dmax为起升卷筒上钢丝绳的最外
层直径，Dmax=D+d=364；Smax为最大静拉力，得Smax=14328N
2）液压马达的排液油量
6.28146.57
181060.92
=5.5105m3/r55.1cm3/r
=621.045
3.140.36
=1670r/min
齿轮式与叶片式输出转矩较小，又不能适于低速传动，因此，一般采用柱塞式液压马达。
柱塞式马达有径向和轴向柱塞马达两种。
轴向柱塞马达转速范围宽，扭矩大而且结构紧凑，其径向尺寸小，转动惯量又小等优点，所以选用之。
更通过对国产轴向柱塞马达的性能比较，8吨液压驱动式汽车起重机选用进口西德海桌玛蒂克公司产的A2F6.1系列斜轴式定量马达，其型号为A2F56W6.1，吸入排量为56.1CM3/r，最高转速达2390r/min，最大吸入流量131L/min，最大功率为78KW，最大能输出扭矩312N.m
3.3.7液压泵的精确计算和选择
（1）液压泵的工作压力为
PmaxP1P1（10）
17.71.519.2MPa
p1为液压马达最大工作压力，p16.2q8Mmax17.7MPa；Mmax为q1ml
起升马达所最大扭矩，Mmax=146.57N.M；q1为起升马达排量
cm3r）
ml为起升马达机械效率，ml=0.92
（2）计算液压泵的流量
QpKQmax（11）
Qp=1.393.7=122l/min
K为系统泄漏系数，取K=1.3；Qmax为液压马达所需最大流量，得QmaxNmaxq1Nmax=167056.1=93687cm3/min=93.7L/min液压泵有齿轮泵，叶片泵，柱塞泵三种。
对于这类汽车起重机，液压系统所需负载大，功率高，精度要求不大。
所以，通常采用齿轮泵。
由系统，压力，流量的需要，8吨汽车起重机宜选择40/32型双联齿轮液压泵，其最高工作压力达25Mpa，最高转速达2500r/min,这两泵的每秒理论排量分别为40cm3和32cm3
3.3.8吊钩的设计，计算和决择
1）吊钩的尺寸
D（30~90）Q=308=84.85mm，取D=85；
S0.75D84.850.7563.64mm，取S=64；h1.0~1.2,取h1，则h=85mm；
DD
L1（2~2.5）h，取L1=2h，则L1=170mm；
L20.5h42.5，取L143mm
吊钩材料选择DG20M，n=510Mpa
41.04257840014.29mm48mm
故查《起重机设计手册》表3-4-2得选4号钩
（3）吊钩上螺母高度的计算
由公式：
其中：
z为螺母的螺纹高度，得z=h；t为螺母节距；d为螺母t
外径；d2为螺母内部直径。
故查阅《机械设计实践》表17.1得应选择普通螺纹，
得公称直径d=52；节距p=5；中径d1=48.752；小径d2=46.587
因此得截面A-A安全
5）吊钩拉板的抗拉强验算
吊钩拉板只需验算有孔断面的抗拉强度即可
图3吊钩基本外形和主要尺寸
A为水平断面A-A，因应力集中孔边，其孔内侧拉力为最大：
j：
应力集中系数为，j=0.35
算得水平断面A-A安全。
其b.垂直端面B-B，其内侧拉应力最大：
2Q4h02d2
s
3
（16）
拉
2d
14h02
d2
1.024
79968
4702
522
拉2248.10MPas111MPa
25214847025223
算得水平断面B-B安全
6）吊钩横梁的强度验算
a.吊钩横梁其中中间部分应按其弯曲强度进行演算得：
（17）
mw32B2Qdl2.s4138.75MPa
得横梁的中间部分安全。
b.吊钩横粱轴颈部，应按平均挤压力计算，得
（18）
1.04257996857.26MPa
判断吊钩横梁的轴径安全
4.变幅机构的基本设计计算
4.1计算变幅力
4.1.1正常作业时的变幅力
1
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1
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2
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1。
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