典型液压系统毕业设计汽车起重机液压系设计文档格式.docx
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引言
汽车起重机是各种工程建筑广泛应用的起重设备,是用来对物料进行起重、运输、装卸或安装等作业的机械设备，在工业和民用建筑中作为主要施工机械而得到广泛运用。
它对减轻劳动强度、节省人力，降低建设成本，提高施工质量，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。
汽车起重机主要包括轮胎式起重机、履带式起重机、塔式起重机、桅杆式起重机、缆索式起重机以及施工升降机等，它适用于工业建筑，民用建筑和工业设备安装等工程中的结构与设备的安装工作以及建筑材料、建筑构件的垂直运输与装卸工作。
它也广泛运用于交通、农业、油田、水电和军工等部门的装卸与安装工作。
目前我国是世界上使用工程起重机最大的国家之一。
近年来，随着工程建设规模的扩大，起重安装工程量越来越大，吊装能力、作业半径和机动性能的更高要求促使起重机发展迅速，具有先进水平的塔式起重机和汽车起重机已成为机械化施工的主力。
本次设计主要是汽车起重机液压回油路和各个工作动作的液压回油路的原理设计。
通过对汽车起重机液压系统的研究和学习，熟练的掌握了液压系统的相关知识，并能在实际中实际应用，加强了对液压系统的了解，增加了液压系统方面的知识，拓宽了我的知识面，使我的知识不再局限于课本，能从实例中发现问题、解决问题、学习问题。
正文
1液压传动概述
1.1液压传动系统的特点
1.液压传动系统的主要优点
液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点：
（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。
例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6左右。
（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置。
（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。
（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：
1），它还可以在运行的过程中进行调速。
（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。
（6）容易实现直线运动。
（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。
（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。
2.液压传动系统的主要缺点
（1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。
（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。
（3）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。
如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。
（4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。
总的说来，液压传动的优点最突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。
1.2液压传动应用于汽车起重机上的优缺点
1.液压传动系统应用于汽车起重机上的主要优点
（1）在结构和技术性能上的优点：
来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。
不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。
同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。
各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。
便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。
由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。
采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。
（2）在经济上的优点：
液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。
此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。
2.液压传动系统应用于汽车起重机上的主要缺点
液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。
为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。
油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。
液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。
从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。
纵观众多用户的反馈意见，液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。
2汽车起重机总体方案设计
2.1传动型式的选定
在现代工程起重机中，内燃机——液压驱动得到越来越广泛的应用，所以本次设计采用的是内燃机——液压驱动。
其主要原因，一是由于机械能转换为液压能后，实现液压传动有许多优越性；
二是由于液压技术本身发展很快使起重机液压传动技术日趋完善。
内燃机——液压驱动的主要优点是：
（1）减少了齿轮、轴等机械传动件，而代之以重量轻、体积小的液压元件和油管，使起重机的重量大为减轻，结构紧凑，外型尺寸小；
（2）可以在很大范围内实现无级调速，而且容易变换运动方向；
（3）传动平稳，因为作为传动介质的液压油液具有弹性，通过液压阀平稳而渐近地操作可获得平稳的柔和的工作特性；
（4）易于防止过载；
（5）操作简单、省力。
内燃机——液压驱动的主要缺点是：
（1）传动效率低，因为能量经过了两次转换；
（2）液压元件加工精度要求高，因而加工成本大，对密封要求也高，如果制造安装工艺不完善，常有运转失灵及漏油现象产生。
但随着液压技术的发展和工艺水平的提高，这些缺点已逐步得到解决。
1.工作机构传动型式的选定
液压传动的起升机构，有高速液压马达传动和低速大扭转矩液压马达传动两种型式。
高速液压马达传动需通过减速器带动起升卷筒，具有重量轻、体积小、容积效率高、可与驱动油泵互换以及可采用批量生产的标准减速器等特点，故广泛用于中、小型起重机的起升机构中。
低速大扭矩液压马达传动可直接带动起升卷筒，传动简单，零件少，起、制动性能好，对油的失纯敏感性小。
但容积效率低，易影响机构转速，体积与重量也比较大。
2.底盘传动型式的选定
在汽车起重机中，行驶-下车部分采用机械传动，内燃机发出的动力通过离合器、变速器、主减速器、差速器驱动车轮使汽车行驶。
这种驱动装置有一个独立的能源，具有较大的机动性，可满足汽车起重机流动性的要求。
由于不受外界能源的牵制，所以一到达作业场地后就可随时投入工作。
汽车起重机选用经改制的重型专用汽车底盘，专用的汽车底盘是按起重机的要求设计的，轴距较长，轴距较长，车架刚性好。
而前悬下沉式驾驶室视野良好，吊臂置于其上。
因驾驶室较低，吊臂位置也不高，故起重机重心较低。
在大型汽车起重机中常采用前悬下沉式的驾驶室。
3.行驶和起重工况分析
汽车起重机要求通过性能良好，机动灵活，行驶速度高，可快速转移，转移到作业场后能迅速投入工作，因此特别适用于流动性大，不固定的作业场所，所以要求，进入工地后起重时首先要伸出支腿并固定，一般采用主臂起重，副臂主要是提高起升高度，在高度达不到要求时才采用副臂，起重作业时要求整车有良好的稳定性，只能在两侧方和后方作业整车不能倾翻。
2.2动力装置的选定
汽车起重机动力装置的布置有下列几种方案：
①一台发动机布置在下车；
②一台发动机布置在上车；
③两台发动机，上、下车各布置一台。
本次设计采用第一种方案，第一种方案，目前采用得比较广泛。
因为：
（1）上车起重机构广泛采用液压传动，动力传动比较方便，液压泵设在下车，高压油经回转接头送到上车驱动各个液压马达，或液压缸。
（2）下车行走机构采用一般通用汽车的机械传动或液力机械传动，故发动机设在下车较方便。
因为传动系易布置，操纵易实现。
（3）目前汽车起重机的行驶速度高，专用底盘的行走机构的传动装置也必须设计得与汽车传动系同样复杂，故发动机设在下车也是必需的。
汽车起重机采用双驾驶室操纵方式，即汽车的行驶移动与起重作业分在不同的驾驶室进行。
2.3起升机构液压油路方案设计
起升机构是起重机械的主要机构，用以实现重物的升降运动。
起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、离合器、钢丝绳滑轮组和吊钩等组成。
起升机构简图如图2-1所示：
图2-1起升机构简图
起升液压油路回路起到使重物升降的作用。
起升液压油路回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器、液压制动器和液压马达组成。
起升液压油路回油路设计原理图如图2-2所示。
图2-2起升机构液压油路回路图
起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型汽车起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。
它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于起吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊单独吊重的方式；
对于吊大吨位且要求速度比较高时用主卷扬泵合流吊重的方式；
对于吊比较长的物体时用共同吊重的方式。
2.4支臂控制机构液压油路方案设计
1.变幅机构液压油路方案设计
变幅机构在起重机、挖掘机和装载机等工程机械中，用于改变臂架的位置，增主机的工作范围。
绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。
变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。
工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。
非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。
它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。
这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。
工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。
为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。
工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。
与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。
汽车起重机由于使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。
变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。
最常见的液压变幅机构是用双作用液压缸作液动机，也有采用液压马达和柱塞缸。
因此本设计采用双作用液缸作液动机。
液压油路设计原理图如图2-3所示。
2.伸缩机构液压油路方案设计
吊臂伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。
吊臂伸缩机构种类很多，可以从两种不同角度出发进行分类，即按驱动式不同，以及各节臂间的伸缩次序关系不同进行分类。
按驱动动力形式不同可分为液压、液压—机械和人力驱动三种。
采用液压驱动时，执行元件选用液压油缸，利用缸体和活塞杆的相对运动推动下级吊臂的伸缩。
通常，n节吊臂则相应要有（n一1）个液压缸一活塞组。
在设计相邻的三节臂伸缩机构时，为了减轻重量，还可以利用吊臂之间伸缩的比例关系，采用钢丝绳滑轮组（或链条链轮）实现第三节臂的伸缩以代替一只液压缸，这就形成了液压—机械驱动形式。
液压—机械驱动还有另一种形式，即采用液压马达减速后驱动螺杆旋转，利用螺杆和螺母间的相互运动推动下级吊臂移动,这种方法自重较轻，可以提高大幅度时的起重量，另外还大大减少了漏油部位，维修也比较方便。
借助液压作为动力伸缩吊臂的最大优点在于可以实现无级伸缩以及不同程度上实现带载伸缩，这就扩大了起重机在复杂使用条件下的使用功能，伸缩机构简图如图2-4所示。
伸缩液压缸
变幅液压缸
图2-3支臂控制机构液压油路回路图
图2-4伸缩机构简图
图2-4采用一个单级液压缸相一套钢丝绳滑轮系统（或链条链轮系统）的同步伸缩机构。
图中活塞杆与基本臂由销轴9铰接。
缸体与二节臂由销轴8铰接。
钢丝绳2绕过平衡滑轮10和滑轮1，其头部由销轴4与三节臂相连。
钢丝绳6绕过滑轮7，一头由销轴5与基本臂相连，另一头由销轴3与三节臂相连。
滑轮7装在二节臂上。
滑轮1装在缸体头部。
平衡滑轮10装在基本臂上。
当缸体带动二节臂伸出时，滑轮1到滑轮10距离增加。
因为钢丝绳2的长度不变，所以销轴4到滑轮1的距离减小，也就是说，在二节臂相对基本臂伸出的同时，三节臂也相对二节臂伸出了同样的距离。
即实现了同步伸出。
三节臂的同步缩回，是由钢丝绳6成的。
其动作原理与同步伸出完全一样。
第四节臂的伸缩采用手动方式伸缩，当吊臂放在最低位置有一定的负角度借助自重，再手动使其伸出。
在五节伸缩臂时，最后一节的伸缩可用手动的或简单的插销式或连杆式的伸缩机构，以减轻吊臂重量，增加大幅度时的起重能力。
液压油路设计原理图如图2-5所示。
图2-5支臂控制机构液压油路回路图
2.5回转机构液压油路方案设计
工程起重机能将起重物送到指定工作范围内的任意空间位置，除了依靠起升机构实现重物的垂直位移外，回转运动是实现水平位移的方法之一，尽管此种运动形式的水平移动范围有限，但所需功率小，要求也比较简单，故在大多数工程起重机中被采用，而且一般还都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。
只有在特定的起重机上，才设有非全回转的回转机构或不设回转机构，而用其它机构来调整空间位置。
在实现回转运动时，起重机的回转部分与非回转部分之间的传力装置称为回转支承装置，驱动部分则称为回转机构，有时也把这两部分统称为回转机构。
全回转的回转机构由三部分组成:
一、回转机构的原动机，是整机的传动分流装置中的一个传动元件，它可以是电机、液压马达，或者是某根轴。
一般来说，原动机的选择是由起重机的总动力源所决定的。
二、回转机构的机械传动装置，一般起减速作用。
三、回转机构小齿轮通过和回转支承装置上的大齿圈啮合，以实现回转平台的回转运动。
液压油路设计原理图如图2-6所示。
图2-6回转机构液压油路回路图
回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。
回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。
回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。
转台的回转由一个大转矩液压马达驱动，它能双向驱动转台回转。
通过齿轮、蜗杆机构减速，转台的回转速度为1r/min～3r/min。
由于速度较低，惯性较小，一般不设缓冲装置，液压马达的回转由三位六通手动换向阀控制，当三位六通手动换向阀工作在左位或右位时，分别驱动液压马达正向或反向回转。
2.6支腿机构液压油路方案设计
汽车起重机的支腿必需做成可伸缩的。
在老式的起重机上支腿的伸缩都是人力的，极为不便。
在现代的液压起重机中，支腿的伸缩也是液压传动的。
轮胎式起重机支腿从结构特点来分可有下五种型式:
一、蛙式支腿式，支腿的伸缩动作是由一个液压缸完成。
支腿的运动轨迹，除垂直位移外，在接地时还有水平位移。
这水平位移引起摩擦阻力.增大了液压缸的推动力。
为减少液压缸的作用力，将液压缸位置抬高。
二、H式支腿，此支腿外伸距离大，每一支腿有两个液压缸，一水平的（或略带倾斜的），一垂直的支承液压缸，支腿外伸后呈H形。
为保证足够的外伸距离，左右支腿相互叉开。
H式支腿对地面适应性好，易于调平，广泛采用在中、大型起重机上。
三、X式支腿，X式支腿的垂直支承液压缸作用在横梁的中间，横梁直接支承在地面上，这就比H式支腿稳定。
但X式支腿离地间隙较小，在打支腿时有水平位移。
它与H式支腿常混合应用在起重机上。
但H式支腿高度高，影响作业空间。
同时，支腿必须与横梁固接，以保证支腿结构体系的稳定。
四、辐射式支腿，主要应用在大型的轮胎式起重机上，由于支腿反力极大，所以车架大梁要做得非常高大。
为了减轻车架重量，减少车架变形，将支腿做成辐射式。
回转支承装置承受的全部力和力矩直接作用在支腿结构上，而不象通常的那样经过车架大梁传到支腿结构上。
五、铰接式支腿，主要应用在中型起重机上，支腿不一定做成幅射式，但活动支腿部分可以做成铰接摆动式，而不做成伸缩式，用液压缸收拢或伸开。
支腿在工作时如同H式支腿，收拢时活动支腿紧靠车架大梁两侧。
这种支腿的刚度比H式支腿好，没有因伸缩套筒之间的间隙而引起的车架摆动现象。
综合考虑各方面因素，本车采用H式支腿结构比较合理。
垂直支腿液压油路设计原理图如图2-7所示。
对于支腿跨距的确定,如下图所示，轮胎式起重机支腿是前后设置的，并向两侧方向伸出，形成矩形稳定面。
由于轮胎式起重机主要在侧方工作，国家系列中又规定了幅度的最小值，故某一吨位起重机的支腿横向跨距不得超过某规定数值，以满足最小有效幅度的要求。
但跨距取大了，虽然在起重机工作时稳定性好，但过大的稳定也是不必要的，有时甚至是有害的。
因为当超载时，过大的稳定使起重机司机不感到超载的危险，当无自动报警装置时，而有使吊臂损坏的可能。
因此，支腿横向跨距选取要适当，原则上是起重机在吊臂强度允许的起重量时，其稳定度达到规定的要求即可。
图2-7下车支腿垂直缸液压油路图
水平支腿液压油路设计原理图如图2-8所示。
图2-8下车支腿水平缸液压油路图
支腿全部外伸时可将起重机作业区域分四块:
即右侧方作业区、前方作业区、左侧方作业区和后方作业区。
支腿跨距的确定，完全从稳定角度出发。
支腿横向外伸跨距的最小值是要保证起重机在正侧方吊重的稳定，也即是在起吊临界起重量时，全部重量的合力将落在支腿中心线上。
也就是要使支腿中心连线内、外的力矩处于平衡状态。
3起重机液压系统元件的选择
3.1汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点
汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主要回路组成。
各个回路具有不同的功能、组成和工作特点。
1.起升回路
起升回路起到使重物升降的作用。
起升回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。
它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊单独吊重的方式；
2.变幅回路
它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在起升、回转的重物装卸移动过程中，幅度不改变。
与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作性能却大为改善。
3.伸缩回路
伸缩回路可以改变吊臂的长度，从而改变起重机吊重的高度。
伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成。
根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。
汽车起重机的伸缩方式主要有同步伸缩和非同步伸缩两种，同步伸缩就是各节液压缸相对于基本臂同时伸出一样长度。
采用这种伸缩方式不仅可以提高臂的伸出效率，而且可以使起重臂的受力状况大大改善，提高起重机的工作性能。
伸缩回路只能在起重机吊重之前伸出。
4.回转回路
回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。
由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。
5.支腿回路
支腿回路是用来驱动支腿，伸缩支承整台起重机的自重和起重量。
支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸、换向阀和双向液压锁组成。
汽车起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。
为了使起重机在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。
在行驶时收回，工作时外伸撑地。
还可以根据地面情况对各支腿分别进行单独调节。
6.控制回路
控制回路是用来液压系统各回路油液流通方向，从而使液压缸、液压马达可不同方向动作。
控制回路主要由换向阀、单向阀，溢流阀，平衡阀组成。
控制回路使系统达到所要求功能，而且还可保证系统平稳、安全运行。
表3-1汽车起重机典型工况表
序号
工况
一次循环内容
特点
1
基本臂；
额定起重量的80％；
相应的工作幅度。
主卷扬起升－回转－下降
（中间制动一次）
起重吨位大，动作单一，很少与回转等机构组合动作
2
主卷扬起升－回转－下降－停顿—起升－回转－下降（中间制动一次）
主卷扬组合动作主要用于平吊安装或空中翻转
3
中长臂；
中长臂最大额定起重量的1/2；
（主卷扬起升＋回转）－变幅－下降－（起升＋回转）－下降（中间制动一次）
起重机在额定起重量的（50～60）％的作业工况最多
4
主卷扬起升－回转－变幅－下降－停顿—起升－回转－下降（中间制动一次）
中长臂中等起重量工况出现机率大，此时平吊安装或空中翻转作业也常用
5
最长臂；
最长臂最大额定起重量的1/2；
主卷扬起升－回转－变幅－下降（中间制动一次）
很多工况并不是利用汽车起重机起吊吨位大的特点，而是利用它臂长特点起吊小起重量高空作业
3.2典型工况分析及对系统的要求
1.伸缩机构的作业情况
汽车起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构，回转机构；
在重物下降定位时常常用到变幅机构。
带载伸缩是比较危险的，在实际作业中很少使用，空载伸缩循环仅占基本工况作业循环次数的5％，故伸缩及带载伸缩不是典型工况。
2.副臂机构的作业情况
大多数汽车起重机都带有副臂，它的作用是增加起重机的最大起升高度。
很多大型汽车起重机主臂前都有一个突出滑轮，在副卷扬工作时，顺着
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