起重机液压原理资料Word格式文档下载.docx
《起重机液压原理资料Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《起重机液压原理资料Word格式文档下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
以上三种类型的起重机在安全技术上有共性。
本章以汽车起重机为例，介绍流动式起重机的有关安全技术。
第二节．主要技术参数
1.2.1起重量Gn
起重量是起重机安全起升物品的质量，单位t。
对于流动式起重机来说，其额定起重量是随幅度而变化的，标牌上标定的起重量值是最大额定起重量，指基本臂处于最小幅度时的最大起重量。
1.2.2幅度L
幅度是起重机置于水平场地时，吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离，单位m。
它是臂架长度与臂架仰角的函数，在臂架长度一定时，仰角越大，幅度越小。
有效幅度是指使用支腿侧向工作时，吊具垂直中心线至该侧支腿中心线的水平距离。
当轮胎式起重机幅度小于支腿跨距一半时，作业无法进行。
规定有效幅度A的极限值[A]为：
1.2.3起重力矩M
起重力矩是汽车起重机的起重特性指标，单位N·
m，为起重量和相应的工作幅度的乘积。
1.2.4．起升高度H
起升高度是吊具上升到最高极限位置时，吊具中心至地面的垂直距离，单位m。
当臂架长度一定，起升高度随幅度减少而增加（见图10－l）。
轮胎式起重机的工作幅度和高度
1.2.5工作速度V
（1）起升速度vq。
它是起升机构在稳定运行状态下，吊额定载荷的垂直位移速度，单位m/min。
为降低功率，减少冲击，流动式起重机的起升速度应取较低值。
（2）变幅速度v1。
它是变幅机构在稳定运动状态下，在变幅平面内吊挂最小额定载荷，从最大幅度至最小幅度的水平位移平均速度，单位m/min。
有时用最大幅度到最小幅度的时间表示。
变幅速度对起重作业的平稳性和安全性影响较大，平均速度在15m/min左右。
（3）旋转速度ω。
它是旋转机构在稳定运动状态下，驱动起重机转动部分的回转角速度，单位r/min。
受到旋转启制动惯性力的限制，旋转速度不能过大，一般在3r/min左右，当回转半径增大，旋转速度相应降低。
（4）行走速度v。
它是在道路上行驶状态下，流动式起重机的平稳运行速度，单位工作场地转移速度要快，汽车起重机行走速度较高，可以与汽车编队行驶，轮胎起重机的行走速度一般较汽车起重机低。
此外，还有伸缩式臂架起重机特有的参数，臂架伸缩速度，单位m/min，一般外伸速度是缩回速度的1倍左右。
支腿收放速度用时间表示，单位s。
第三节.起重机的特性曲线
起重机的特性曲线表示起重机起重量与幅度的关系曲线见图10－2，它规定了在某一幅度下，安全起吊的最大起重量。
起重机作业安全区是由钢丝绳强度线、臂架强度曲线和起重机稳定曲线的包络线限定的区域。
起重特性曲线经常与起升高度曲线画在一起，有些起重机技术资料还给出同一起重机在不同工况下的多条特性曲线。
图10－2汽车起重机的特性曲线
根据起重机的受力分析可知，作用在臂架上的起升载荷可以分解为垂直手臂架的倾翻成行和对臂架的压力载荷，这两个分力随着幅度的变化而变化。
在起升载荷木变、臂长不变的情况下，幅度越小，对臂架的压力越大，倾翻载荷越小，因而载荷产生的倾覆力矩也小；
幅度越大，对臂架的压力降低，倾翻载荷越大。
该特性曲线可分为三个区段，在小幅度时，起重量受臂架强度的限制，超载会发生臂架破坏；
在大幅度时，起重量受起重机稳定性的限制，起重作业的主要危险是丧失稳定而引起整机倾覆；
起重机的最大起升载荷还受钢丝绳强度的制约，超载会导致钢丝绳断裂。
超出安全区的操作属于违规作业。
起重机的特性曲线是进行起重作业的操作依据，应根据起重机的臂架幅度，严格控制起重量在特性曲线限制的安全区内不超载。
同时，特性曲线也是起重事故分析的重要参考依据。
对事故进行分析时，还应该综合考虑风力、操作速度不当所引起的惯性力、支腿支撑基础变化、臂架悬伸太长时臂端出现的弹性下挠等非起重量超载等原因，给起重机带来的实际超载影响，这些都可以借助特性曲线进行分析。
第四节．流动式起重机事故
流动式起重机区别于其他类型起重机的最大特点就是起重机的流动性。
作业场所和环境多变、汽车的行驶功能和起重功能兼备以及复杂的结构，使操作难度增大。
除了一般起重事故，如由吊具损坏、捆绑不当、机构故障、结构件破坏、人为等原因造成的重物坠落以及一般机械伤害事故外，流动式起重机常见事故是丧失稳定性导致的倾翻、臂架破坏、夹挤伤害，以及在转移作业场地过程中发生的交通事故等。
下面仅就起重作业中，流动式起重机常见事故作一说明。
．失稳倾翻
从理论上讲，倾翻的根本原因是作用在起重机上的力矩不平衡，倾覆力矩超过稳定力矩。
从实际情况看，产生倾覆力矩的因素是多方面的，除超载、操作失误这些比较明显的原因外，还有风力、工作速度不当引起的惯性力，支腿支撑基础劣化，臂架端部的变形下挠，或其他一些随机的、不确定因素，各种因素往往交织在一起。
这些非起重量超载原因的影响，使起重机实际操作的复杂性增加，给正确判断造成困难。
4.2．臂架破坏
臂架是流动式起重机最主要的承力金属结构，在起重作业时，承受压、弯的联合作用，在强度、刚度和稳定性方面的失效都有可能引发臂架结构破坏。
变幅机构故障还会导致臂架坠落，其后果的严重程度等同于重物坠落。
4.3．触电
起重机在输电线附近作业时，触碰高压带电体或与之距离过近，都可能引发触电伤害。
4.4．挤压
受作业场地条件所限，起重机与其他设备或建筑结构物之间缺少足够的安全距离，当回转作业时，回转部分的金属结构、配重或吊载对人员造成夹挤伤害
第二章．汽车起重机的工作原理
机械式汽车起重机的工作原理
汽车起重机的主要机构有起升机构、旋转机构、变幅机构和运行机构，以及臂架的伸缩机构和支腿收放机构。
这些工作机构通常以内燃机作为原动机，传动方式有机械传动和液压传动。
国外也有采用外接电源作为动力源，但不普遍。
起重机的各工作机构及零部件都安装在金属结构上，金属结构承受起重机的自重以及作业时的各种载荷。
机械式汽车起重机的工作原理是操纵控制装置，通过各种机械零件（如齿轮、传动轴、离合器和制动器等）的配合运动，将原动机的能量变成各机构的运动。
现以QI－5型汽车起重机为例（见图10－3）进行介绍，其传动路线是：
图10－3Q1-5型汽车起重机传动系统
1-动力分路箱主动齿轮2,3-齿轮4,5-伞齿轮6,7-换向离合器伞齿轮8,9-动力分配箱圆柱齿轮10-起升机构蜗轮减速箱
11-回转机构蜗轮减速箱12-回转机构小齿轮13-大齿圈
1．动力分路箱
动力分路箱位于变速箱和后桥之间，通过滑移齿轮离合器，将动力分为两路，一路进入后桥，驱动运行机构，实现汽车起重机的行驶功能；
另一路进入上车系统，提供起重各机构的动力。
该离合器只能单向结合，使运行和起重不能同时进行。
2．圆锥齿轮减速器
圆锥齿轮减速器固定在车架上，通过一对锥形齿轮将动力由下车传递到上车。
3．动力分配箱
动力分配箱通过三个牙嵌式离合器，将传递到上车的动力分配给起升机构、变幅机构和旋转机构。
这三个机构可以单独工作，也可以组合工作。
4．换向机构
换向机构由爪形离合件和三个伞形齿轮构成，功能是实现上车各机构的正反方向运动。
下车将动力传递给离合器的轴，伞齿轮空套在离合器轴上。
当离合器分别与上下伞齿轮结合时，可以实现起升机构的升降、变幅机构的仰附、旋转机构的左右回转。
旋转机构的运动是由离合器来控制结合与分离的。
当离合器结合时，由动力分配箱传入的动力经过蜗轮减速器带动小齿轮，与固定的中空大齿圈啮合，从而带动回转上车部分作旋转运动。
蜗轮的力矩由极限力矩联轴器制约，当臂架触碰障碍物或由于旋转力矩过大等原因造成超载趋势时，通过极限力矩联轴器的锥形摩擦轮打滑来防止过载。
制动器控制机构运动停止。
起升机构和变幅机构的工作原理相似，当各自的离合器结合时，由动力分配箱传入的动力经过蜗轮减速器带动卷筒旋转，收放钢丝绳，实现起升机构升降吊物，变幅机构使臂架变幅。
因受汽车起重机装配空间的限制，卷筒采用多层缠绕的光筒，制动器采用体积小、制动力矩大的常闭带式支持制动器，以适应汽车起重机对元件体积小、结构紧凑的要求。
液压汽车起重机
以QL2－8型汽车起重机的液压系统为例，说明其工作原理。
1．液压系统的功能
起重机的起升机构、变幅机构、旋转机构、臂架伸缩机构和支腿收放机构均采用液压传动，其原理参见液压系统图10－4。
ZBD40型定量泵由装在底盘上的取力箱带动，直接从油箱中吸油，经过滤油器2，输出压力油。
改变发动机的转速，可改变泵的排出油量，从而对各机构的工作速度进行调节。
手动换向阀3可控制压力油的流向。
联合阀4操纵上车各机构（起升、变幅、旋转和臂架伸缩机构），二联阀5操纵支腿收放。
系统工作压力由溢流阀6，7控制。
上车务机构的油路相互串联，可实现一个机构单独动作或几个机构的组合动作。
二联阀3和主控四联阀4中的各手动换向阀都有节流作用，因而可在一定范围内实现机构运动的无级调速。
图10－4液压系统原理图
1-泵2-滤油器3-手动换向阀4-四联阀5-二联阀6,7-溢流阀
8-回转马达9-变幅油缸11-臂架伸缩油缸10,12,14-平衡阀
13-起升卷筒马达15-制动器16,17-支腿油缸18-双向液压锁
2．系统中各阀的功能及工作原理
（1）手动换向阀3是二位三通阀，用来切换油泵输出压力油的通路。
当阀在左位时压力油只能进入上车系统回路；
当阀在右位时，压力油只能进入下车支腿回路。
（2）主控四联阀4由4个三位四通手动换向阀（包括回转机构的阀4－Ⅰ、变幅机构的阀4－Ⅱ、臂架伸缩机构的阀4一Ⅲ和起升机构的阀4－Ⅳ）组合而成，用来控制上车各机构执行装置的换向、锁紧和调速。
操纵各阀的手柄，可以使每个分阀处于三个工作位置，其中左位和右位分别控制执行装置的两个相反方向运功；
中位使工作机构处于停止状态。
回转机构、变幅机构和臂架伸缩机构的三个换向阀构造相同，中位都采用M型，可将油缸（或马达）两腔封死，起锁紧作用。
起升机构的换向阀中位采用Y形，防止由于马达泄漏造成进油路吸空现象。
（3）二联换向阀5由两个手动三位四通阀组合而成，用于前支腿（二联换向阀5－I）、后支腿（二联换向阀5－Ⅱ）的油路换向，其结构与变幅机构的换向阀相同。
（4）溢流阀6位于主控四联阀的进油端，限制上车起升、变幅、旋转、臂架伸缩回路的最大工作压力，并保护上车系统油路免于过载。
（5）溢流阀7位于支腿油路的进油端，限制下车支腿油路的最大工作压力，并有过载保护作用。
（6）平衡阀10、12、14都采用同一结构。
平衡阀10，12保证变幅和伸缩臂机构匀速运动，同时起液压锁的作用。
一旦与油缸连接的管路破裂，可防止吊臂突然下落或缩回造成事故。
平衡阀14保证吊载匀速下降，防止在重力作用下运动速度过快，造成事故。
现以起升机构为例，说明平衡阀的工作原理（见图10－5）。
平衡阀是由单向阀1和内泄漏的远控顺序阀2组成。
当手动换向阀拨至左位时，油泵输出压力油项开单向阀，无阻碍地进入油马达，马达带动卷筒旋转来起升吊载，回油经换向阀返回油箱。
当换向阀拨到右位时（如图10－5所示状态），油泵输出的压力油直接经换向阀进入油马达的另一端。
而马达回油无法再经单向阀1返回，必须打开顺序阀2才能将回路接通。
顺序阀2的控制油路与马达进油的管路相通，这时控制管路中的高压油进入D腔。
将顺序阀2中的阀杆B向左推移，打开阀杆上锥形体E处的环形通道，于是马达回油经此流出，再经换向阀返回油箱，马达带动卷筒反向旋转下降吊物。
由于重力作用，吊物有加速下降并带动马达加速旋转的趋势。
当马达的排油量大于油泵的供油量时，马达的进油压力减小，甚至出现负压，顺序阀2控制油路的油压也相应变化，顺序阀2的阀杆B在弹簧C的作用下，阀杆锥体E处的环形通道变小，使马达经此通道返回油箱的流量减小，直到与泵的供油量相适应时为止，从而使马达的转速（相关吊载的下降速度〕始终保持匀速。
变幅机构与臂架伸缩臂机构的平衡阀则是分别在起重臂架下降或回缩时，对图10－4中执行元件油缸9和11的运动起限制作用。
图10－5平衡阀工作原理
1-单向阀2-顺序阀A-阀腔B-阀杆C-弹簧D-油进入腔E-锥体
（7）双向液压锁18保证支腿油缸在伸出或缩回状态下锁紧，其构造如图10－6所示。
两个液控单向阀共用一个阀体1和一个控制活塞2，而预杆（即卸行阀芯）3分别置于控制活塞两端，二者共同构成双向液压锁。
当P1腔通压力油时，油液通过左阀到P2腔，同时顶开右阀，保持P4与P3腔相通；
当P3腔通压力油时，油液一面通过右阀到P4腔，同时顶开左阀，保持P2与P1腔畅通。
而当P1、P3腔都不通压力油时，P2和P4腔被两个单向阀封闭，执行元件（支腿油缸）被双向锁住，从而保证在起重作业时，支腿伸出支好后不因外力而自行收缩；
支腿收回起重机行驶时，不因自重而自动落下。
液压锁直接安装在油缸壁上，防止管路破裂引起事故。
图10－6双向液压锁工作原理
1-阀体2-控制活塞3-顶杆
2．油路分析
在图10-4所示状态，各机构均不工作，各换向阀处于中位，油泵卸荷。
在图10－4中循环油路为：
滤油器2→油泵1→手动换向阀3→上车主控四联阀4→油箱。
（1）旋转机构回路。
液压马达8通过蜗轮减速箱和开式小齿轮，与转盘上的固定内齿圈相啮合来驱动转盘。
由于转盘速度较低，驱动转盘的液压马达转速也不高，不必设置马达制动回路。
通过阀4－I的三个工作位置，可获得左转、停转、右转三种不同工况。
（2）臂架伸缩回路。
多节臂架的伸缩由一个伸缩液压缸9控制。
为防止吊臂架在自重作用下下落，该回路中串有平衡阀10。
手动换向阀4－Ⅱ操纵伸缩臂伸出、停止、缩回三种工况。
（3）变幅回路。
手动换向阀4-Ⅲ控制液压缸11，使起重臂幅度变小（即仰角增大），停止变幅，幅度增大。
变幅作业要求平稳可靠，因此该回路装有平衡阀12。
（4）起升回路。
起升机构是起重机的最主要的机构，直接关系起重作业安全。
平衡阀14的作用是防止重物下降时速度失控，但由于马达的泄漏，尽管有平衡阀，仍可能产生"
溜车"
现象。
为此，在油马达输出轴上装设常闭式液压制动器15。
当制动器的油缸与回油相通时，借助弹簧力的作用，制动瓦抱紧制动轮锁紧马达，使吊载停止运动；
当制动器的油缸与压力油相通时，压力油克服弹簧力，推动油缸活塞，给制动器松闸，使马达旋转，实现吊物升降。
为避免其他机构工作导致制动器松阐发生意外，起升回路置于上车系统串联回路的最末一级。
手动换向阀4－Ⅳ的中位采用Y形，其作用是在中位时，将阀的进、出油口与通往马达的进油口沟通。
在制动时为油马达的回路补油，避免由于马达泄漏造成进油路的吸空现象。
（5）支腿回路。
由于汽车轮胎的承载能力有限，在起重作业时必须放下支腿使轮胎悬空，行驶时则必须收回支腿，使轮胎接触路面。
支腿回路由手动换向三位四通阀5控制前（二联换向阀5－I）、后（二联换向阀5－Ⅱ）共四条支腿，每条腿配一个液压缸，每个油缸上部配有一个双向液压锁，两阀串联，以保证支腿可靠地锁住，防止起重作业过程中发生"
软腿"
，或行驶过程中支腿的自行下落。
汽车起重机的金属结构
汽车起重机的金属结构以回转平台为界，分为上车和下车两部分。
上车部分由起重臂架、人字架、配重、回转平台和起重司机室组成；
下车部分由车架、汽车司机室和支腿组成。
上车部分可以相对下车部分旋转。
起重机的金属结构将起重机连接成一个整体，承受起重机的自重以及作业时的各种外载荷。
1．起重臂
起重臂有桁架式和箱型伸缩式两种。
后者采用多节套装在一起的箱形结构，满足了起重机运行时臂架缩叠体积小，起重时臂架伸展幅度大的不同要求，成为现代流动式液压起重机的首选臂架型式。
伸缩臂架结构由基本臂、伸缩臂和附加臂组成，借助人字架铰支在回转平台上，通过变幅液压油缸的活塞运动调整臂架幅度。
起重作业时，在臂架平面和垂直臂架平面这两个平面上承受压、弯联合作用。
起重臂必须满足强度、刚度和稳定性要求，是起重机最主要的承载构件。
2．回转平台
回转平台是上车各组成部分的支承连接平台，提供臂架的铰接点和上车各机构的运动约束，承受起升载荷和上车部分的自重，并通过旋转支承装置传递到下车部分。
配重设置在与臂架悬伸相反的方向上，起平衡稳定作用。
3．车架
车架是整个起重机的基础结构，也是整机驱动装置和运行机构连接的固定框架。
车架的刚度、强度将直接影响起重机的性能。
4．支腿
支腿安装在车架上，支腿在起重机运行时收回，起重作业时伸出并支承在坚实的基础上，将充气轮胎架空，构成刚性支撑，为起重作业提供较大的支承面积，提高稳定性。
第三单元汽车起重机的稳定性
行驶稳定性
汽车起重机兼有汽车行驶和起重两种功能，行驶稳定性是指起重机在行驶时，抗倾翻和滑移的能力；
起重稳定性是指起重机在起重作业时，抗倾翻的能力。
1．纵向行驶稳定性
起重机在行驶过程中失去纵向行驶稳定性有两种情况，一是当其前轮（转向轮）的轮压为零时，无法控制行进方向，丧失操纵性；
二是当后轮（驱动轮）的轮压太小或附着力不够，车轮打滑甚至车体下滑，丧失纵向行驶稳定性。
其主要原因是行驶道路的坡度超过起重机的设计爬坡角，或路况太滑。
2．横向行驶稳定性
丧失横向行驶稳定性的主要表现是行驶中发生侧翻或侧向滑移。
其主要原因是转弯时行驶速度过快，产生较大离心力所致。
起重稳定性
起重稳定性是指起重作业中，在最不利的载荷组合条件下，起重机抗倾覆的能力。
通常需对其稳定性进行验算。
1．验算工况与载荷系数
考虑到各种载荷对稳定性的实际影响程度，在进行起重机抗倾覆稳定校核时，不同工况各载荷应分别乘以相应的载荷系数（见表10－1）。
工矿特征
自重
系数
水平惯性力（包括物品）
风力
无风静载
1
1.25+0.1A/PQ①
0
有风动载
1.15
1
突然卸载或吊具脱落
-0.2
表10一1载荷系数
注①：
A为臂架自重对臂端和臂架铰点按静力等效原则折算到的臂端重量；
PQ为起升载荷。
2．倾覆线
倾覆线是指最外侧支腿或轮胎的连线（见图10－7）。
对于作业打支腿的起重机，起重机前方的倾覆线是支腿与前轮着地点的连线。
起重机倾翻是沿臂架所在方向的倾覆线倾翻。
在计算时，各载荷力矩等于载荷与其到倾覆线距离的乘积。
图10－7轮胎起重机的倾覆线
1-支腿2-轮胎3-吊臂4-第五支腿
Ⅰ-用支腿时的倾覆线Ⅱ-不用支腿时的倾覆线Ⅲ-整机重心位置
3．稳定性的计算方法
（1）力矩法。
其稳定条件为：
∑M≥0
式中：
∑M--包括自重在内的各项载荷对倾覆边的力矩之和，计算时起稳定作用的力矩为正，使起重机倾覆的力矩为负。
（2）利用合力轨迹（圆）校核倾覆稳定性。
用一合力轨迹同时对每条倾覆边进行稳定性校核（见图10－8）。
图10－8利用合力轨迹（圆）校核倾覆稳定性
起重机在确定的幅度下吊重回转时，所有载荷的合力轨迹是一个圆，若合力轨迹位于支承面内，则起重机在各个方向均为稳定。
当起重机下车部分重心在底架纵轴线上时，此合力轨迹圆方程为：
式中:
x,y--合力作用点的坐标；
PGI--起重机下车（固定部分）的总垂直载荷；
PGO--起重机上车的总垂直载荷；
PG--起重机的总垂直载荷；
e--起重机的下车重心在底架纵轴线上的坐标；
R--起重机上车的总垂直载荷作用重心的回转半径；
M'
--垂直于臂架平面的侧向倾覆力矩。
无论用哪种方法计算，计算中载荷须根据不同工况的各载荷乘以相应的载荷系数。
4．起重机作业区
根据起重机的稳定性，可对作业范围进行划分。
起重机应按制造厂明确规定的作业范围进行作业。
起重机用支腿作业时，从俯视角度按行驶方向，以回转中心为原点通过支腿中心的射线为界限，划分为前方、后方、左右侧方四个区，汽车起重机作业区主要包括侧方和后方，其稳定性后方大于侧方（见图10-9a）。
轮胎起重机、履带起重机作业区一般包括侧方、后方和前方（见图10－9b）。
图10－9流动起重机的作业区
（a）不用支腿作业时的方位区（b）用支腿作业时的方位区
第四单元流动式起重机的安全管理
安全技术检验
解决流动式起重机安全问题应该从设备和使用两个环节入手。
通过对起重机的安全检查和监管来保证设备的安全状态；
在使用环节，加强对人员的安全培训与考核，制定安全操作规程，通过技术手段来化解遗留风险。
1．技术资料审查
技术资料审查包括产品合格证，验收资料（安全技术档案，使用许可证等），安装、使用、维护说明书，历次检查试验记录，人员、设备事故记录等。
2．载荷试验检查
通过无负荷试验、静载试验、动载试验，检查起重机金属结构和连接的承载能力、主要零部件的性能，以及是否报废、工作机构的性能及运转、电气系统和液压系统工作情况等。
3．安全防护装置及措施
按规定装设的安全装置应该齐备（见表10－2），性能可靠，信号灯和警示安全标志醒目、清晰；
起重特性曲线或起重性能表牌应配备在司机室内，便于操作人员使用。
序号安全防护装置
汽车起重机
轮胎起重机履带起重机
1力矩限制器
起重量＜16t,宜装
应装
2上升极限位置限制器
起重量≥16t,应装
3幅度指示器
4水品仪
5防止吊臂后倾装置
6支腿回锁锁定装置
7回转定位装置
8倒退报警装置
9暴露的活动零部件的防
升级会员 