八吨汽车吊车回转机构液压系统设计大学论文.docx
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八吨汽车吊车回转机构液压系统设计大学论文
题目：
八吨汽车吊车回转机构液压系统设计
专业：
机械设计制造及其自动化
学号：
姓名：
指导教师：
机械与运载学院
摘要
本设计论文主要介绍了当前课题的背景和课题的研究意义,论述了国内外轮式起重机发展概况和发展趋势,并对起重机的液压系统和回转机构进行了设计、计算，其中包括液压系统的设计方案的对比、分析，回转机构结构设计方案的选择，而且对重要零部件进行了设计校核。
回转机构的结构设计是从回转机构的回转速度入手，确定所选结构的传动比，并对内部的马达、联轴节进行选择。
并且对齿轮、蜗轮蜗杆进行了设计、计算。
最后，对回转机构的主要零部件进行了校核，最终实现回转机构所要求的回转速度。
关键词：
汽车起重机；液压系统；回转机构；回转支撑装置；液压马达
Abstract
Thisdesignpapermainlyintroducedthecurrentbackgroundandthesignificanceofstudy,whichelaboratedthetendencyanddevelopmentofautohoistindomesticandforeigncountry.Andithascarriedonthedesignandthecomputationtohydraulicsystemandtherotationorganizationoftheautohoist,includingthecontrastofhydraulicsystemdesignprogram,andthechoiceoftherotationorganizationstructural.Moreoveritalsomadesomekindsoftheexaminationontheimportantspareparts.
Thedesignoftherotationorganizationstructuralbeginswiththespeedoftherotationorganization,determinsthevelocityratio,andchoosestheinternalmotor.Anditalsocapulatatstheshaftcouplingandthegear.Finally,italsocarriesontheexaminationofthemainspareparts,finallytherotationspeedwhichtherotationorganizationrequestsisrealized.
Keywords：
TruckCrane;HydraulicSystem;RotationOrganization;Rotating
Blocking;HydraulicMotors
第一章绪论
1.1课题背景和研究意义
国内汽车起重机在经历了1993年的巅峰之后，从1994～1996年连续三年产销下滑，企业的订货量和销售收入严重滑坡。
1997～1998年下滑势头停止，并出现了缓慢回升迹象。
1999年以来，在国家扩大内需政策的指导和拉动下，轮式起重机行业出现了较快的增长势头。
1999～2001年销售收入增长了22%，产量增长了18%，预计到2010年国内需求量将达到10000台左右。
分析近几年市场需求情况，这说明市场将更多的需求中大吨位的汽车起重机。
本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强的中型起重机整机液压系统及回转机构的方案，并能满足生产和加工的需要。
轮式起重机按其性能可分为轮胎起重机、汽车起重机、全路面起重机。
汽车起重机主要由底盘、主起重臂、副起重臂、转台、支腿、回转机构、起升机构、变副机构、液压系统、电器系统等组成。
起重机在我国有着巨大的市场，在工程、建设、运输等行业中扮演着不可或缺的角色。
我国的起重机发展历史并不长，尽管发展速度比较快，但与国际先进水平相比其差距还是非常大，而我国起重机市场在加速扩大，虽给我国起重机技术的发展带来活力与生机，但是我国与国际产品技术水平比较仍有很大的差距，在技术上我国起重机行业技术工作者应该提高技术水平，以期能在最短的时间内赶超国际水平。
进一步推动我国的起重机行业在世界中的的影响力。
1.2国内外轮式起重机发展概况和发展趋势
1.2.1国内轮式起重机发展现状
我国在1957年生产第一台5t机械式汽车起重机到现在己有50年历史，它的生产大致经历了以下几个阶段：
1957～1966年以生产5t机械式汽车起重机为主；1967～1976年以生产12t以下小型液压汽车起重机为主；1977～1996，16～50t中大吨位液压汽车起重机产品发展较快。
自1979年开始，我国采用进口汽车底盘和关键液压件自行设计生产出了6t、20t液压汽车起重机之后，国内一些起重机生产厂家采用技贸结合方式，分别引进日本多田野、加藤、美国格鲁夫和德国利勃海尔、克虏伯的起重机产品技术，以合作生产的方式相继制造出25t、35t、45t、50t、80t、125t汽车起重机和25t越野轮胎起重机以及32t、50t、70t全路面起重机。
这些企业经过多年来对引进技术的消化、吸收、移植，使国产轮式起重机某些新产品的性能水平达到了国际80年代初的水平，产品产量也逐年有所提高。
由于受客观条件的限制，当年的技术引进主要着重体现在技术软件的引进（如产品、图纸、工艺等），而没有引进全套的先进加工设备，没有与相关的配套件的引用同时进行，因此国内长时间不能提供高质量、高性能的基础配套件（如液压元件，电子元件等），到了90年代我国轮式起重机的技术水平与世界先进水平相比曾一度缩小的差距又拉大了。
当前，国内轮式起重机厂自行设计的产品技术水平大多还相当于国际70年代初、中期水平，只有少数产品在吸收国外先进技术基础上，经过更新换代达到了80年代初的水平。
随着国家经济建设的蓬勃发展，国家重点工程项目建设的纷纷上马，一些大型关键工程一般都采用国际公开招标方式采购机械设备。
国外新型轮式起重机和二手设备因此大量进入中国市场，使国内用户对国外起重机性能、作业可靠性、效率等方面有了较深入的了解，从而也认识到国产起重机无论在制造质量、外观造型方面，更主要的是在技术性能（可靠性与安全性、工作效率以及操作方便性、舒适性等）方面与国外轮式起重机差距较大。
国内不少用户为了达到作业高效率以确保工期按时完成，宁可花较多的钱购买进口起重机或购买国外二手起重机。
这种形势下，国产轮式起重机当然面临很大的冲击和压力[2]。
目前国内轮式起重机产品差距主要表现在以下几个方面[3]：
1质量稳定性差
部分产品发生早期故障多，保修期内返修率高。
故障多发生在液压系统、底盘、发动机与传动件上。
液压系统渗漏问题普遍存在，其主要原因是制造、装配工艺不良和密封件质量问题。
国产汽车起重机平均无故障时间仅为93.4h，最多的为185h，最少的为66.6h。
整机工作寿命按主要零部件寿命计算，约为2000-3000h，而国外同类产品一般可达到12500h。
2产品品种单一
安全保护方面的设备可靠性也较差。
4材料方面
国内除部分产品的某些结构采用了HG60或HQ70钢材外，广泛采用的材料主要为Q235、Q345、Q395等，而国外已广泛采用低合金高强钢和其它轻型材料，并且正酝酿向超高强钢发展，所以国产轮式起重机一般显得笨重，性能也受到较大影响。
1.2.2国外轮式起重机发展过程及主要机种
轮式起重机最初是以诞生于1869年的蒸汽轨道式起重机发展而来的，经历了轨道式、实心轮胎式、充气轮胎式的发展变化过程。
充气轮胎式起重机是20世纪30年代随着汽车工业的发展而出现的。
由于轮式起重机具有机动灵活、操作方便、效率高等特点，在二战后修复战争创伤和经济建设中得到广泛应用。
早期的轮式起重机大多采用机械传动的析架式臂架。
随着60年代中期液压技术的发展，液压伸缩臂轮式起重机得到迅速发展。
到80年代末，中小吨位的轮式起重机已多数采用液压伸缩式臂架，仅有一部分大吨位汽车起重机仍采用析架式臂架。
20世纪60年代末期，特别是从70年代开始，随着大型建筑、石油化工、水电站等大型工程的发展，对轮式起重机的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。
由于当时液压技术、电子技术、汽车工业的发展及新型高强度钢材的不断出现，使轮式起重机开始向大型化发展，并且在普通轮胎式起重机的基础上开发出越野轮胎起重机，随后又开发出全路面起重机。
全路面起重机综合了汽车起重机高速行驶和越野轮胎起重机吊重行走及高通过性的特点，在近20多年得到很大发展。
目前国外轮式起重机生产国主要有日本、美国、德国、法国、意大利等。
生产厂商有100多个，最著名的仅有10来家。
世界轮式起重机市场主要划分为以日本为主的亚洲市场、以美国为主的北美市场、以德国为主的欧洲市场。
亚洲约占世界年销售台数的40%，北美和欧洲各占20%，世界其它地区占20%。
日本市场[17]：
从年总产量上讲，日本生产的轮式起重机居世界首位。
在1995年4月～1998年3月间，日本轮式起重机平均年销售量为8140台，其中越野轮胎式起重机约占日本市场的60%，其次为汽车起重机，全路面起重机占比重很小，但年销量在不断上升。
美国市场[18]：
美国是轮式起重机的生产大国，在起重机制造能力及规模上居世界首位。
在美国市场上，越野轮胎起重机占主导地位，约占市场份额的65%,其次是工业轮胎起重机和汽车起重机，全路面起重机所占份额较小，不到10%。
德国市场[19]：
德国是欧洲最大的轮式起重机生产国，也是全路面起重机的发源地，多年来他在开发大型、特大型轮式起重机方面一直处于领先地位。
1.2.3轮式起重机产品的发展趋势
1提高起重机的起重量
由于现代工程项目向大型化发展，所需构件和配套设备的重量在不断增加，对超大型起重设备的需求也越来越多。
在轮式起重机向大型化发展过程中，德国始终处于遥遥领先的地位。
现在，最大吨位的轮式起重机为德国利勃海尔公司生产的LTM11000D型，最大额定起重量为1000t，售价为550万美元。
2微型起重机大量涌现
轮式起重机的微型化是适应现代建设工作的需要而出现的一种新的发展趋势。
走在前面的是日本的神户制钢公司，它于10多年前开发的RK70（7t）型是世界第一台装有下俯式臂架的“迷你”越野轮胎式起重机。
目前，下俯式臂架己成为“迷你”起重机的重要标志。
3
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t）越野轮胎起重机，使用吊钩时成为10t起重机；安装起重叉后成为2.5t级伸缩臂叉车，安装双人作业平台后成为高空作业车[5]。
1.3主要工作参数
本次设计主要是对汽车起重机液压系统及回转机构结构设计。
主要工作是通过对液压系统的型式及液压系统控制型式进行分析、对比，确定汽车起重机液压系统的设计方案，并对液压系统进行了整体定性分析，同时参照设计手册对回转机构的结构以及个机构零件进行设计、计算，并绘制个零件图及装配图。
汽车起重机的主要性能参数是起重机工作性能指标，也是设计的依据，主要包括起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度、工作速度、自重、通过性能等
1额定起重量
汽车起重机额定起重量是在各种工况下安全作业所容许起吊重量的最大质量值，包括取物装置重量。
2工作幅度
在额定起重量下，起重机回转中心的轴线距吊钩中心的距离。
工作幅度决定起重机的工作范围。
3起重力矩
起重机的工作幅度与相应起重量的乘积为起重力矩，它是综合起重量与幅度两个因数的参数，能比较全面和确切地反映起重机的起重能力。
4起升高度
吊钩起升到最高位置时，钩口中心到支撑地面的距离。
在标定起重机性能参数时，通常以额定起升高度表示。
额定起升高度是指满载时吊钩上升到最高极限位置时从钩口中心至支撑地面的跟离。
对于动臂式起重机，当吊臂长度一定时，起升高度随幅度的减小而增加。
5工作速度
汽车起重机的工作速度主要指起升、回转、变幅、伸缩臂机构及支腿收放的速度。
起升速度指吊钩平稳运动时，起吊物品的垂直位移速度；回转速度指起重机转台每分钟转数；变幅速度指变幅时，幅度从最大（最小）变到最小（最大）所用的时间；伸缩臂速度指起重臂伸缩时，其头部沿伸缩臂轴线的移动速度。
6自重
指起重机处于工作状态时起重机本身的全部质量，它是评价起重机的综合指标，反映了起重机设计、制造和材料的技术水平。
7通过性能
是汽车起重机正常行使通过各种道路的能力。
汽车起重机通过性能接近一般公路车辆。
接近角、离去角、离地间隙越大，最小转弯直径越小，说明整机通过性能越好。
1.4型汽车起重机参数确定
1主臂起重参数
参考同
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驱动型式
行驶速度（km/h）
最高
最低
最小转弯半径（m）
前轮轮迹（m）
吊臂端部轨迹（m）
最大爬坡度（%）23
接近角（°）21
离去角（°）14
5发动机参数
最大功率（kW）162
最大扭矩（N·m）785
百公里耗油量（kg）45
6支腿跨距（m）
纵向4.72
横向
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采用国产件。
（2）幻吊臂采用三节箱形截面结构，主臂长为10.2～26.2m，是目前8t起重机中最长的吊臂。
吊臂结构布置合理，彻底解决了回缩绳断绳的问题。
吊臂材料为国产化低合金高强度钢，副臂采用析架结构。
（3）卷扬机构采用国内引进技术生产的斜轴式变量马达与二级行星减速，其运行平稳能实现重载低速、轻载高速，且微动性能好。
（4）回转机构采用了叶片马达加二级行星减速，在液压系统中运用了回转缓冲阀，并且有双向可控自由滑转机能，使吊臂在起吊重物时能自动对中，减小吊臂的侧向拉力，并保证了回转启制动平稳，安全可靠。
（6）转台为板式箱形结构，由三部分拼接而成，结构刚度好。
配重为钢板加矿石水泥结构，其成本低，外形美观。
（7）本机采用H支腿：
支腿斜支承为“Ⅱ”型封闭结构，改善了支褪的受力状况，而且增大了支腿的跨距，提高了整机稳定性。
支腿操纵可在车的两侧分别操纵支腿。
支腿可全伸或半伸。
（8）在起重机作业部分装有多种安全保护装置，除安全阀，限速液压锁外，还有过载限制装置，全自动力矩限制器。
力限器以液晶数字显示出吊臂仰角、臂长及各吊臂仰角下的额定起重量。
当实际起重量达到90%时，力限器点亮报警灯，蜂鸣器发声报警；当实际起重量达到100%时，力限器会自动停止起升、伸臂和降臂等增加危险动作。
力限器还可以显示实际载荷、最大允许载荷、实际工作半径、最大容许起升高度、实际吊臂长度。
（9）操纵室宽敞明亮，操作方便，装有刮水器的天窗，保证了充分的通风及上方视野性能。
该操纵室备有大容量的取暖装置，高靠背可调式司机座椅。
1.5本章小结
本章主要是对起重机的各方面参数参照按照国家标准进行设计及确定，对各参数进行解释和说明，并集中的介绍了起重机各机构的主要结构特点及作用，对于起重机回转机构的研究及设计有重要参考使用意义。
第二章液压系统原理设计
2.1液压系统型式
2.1.1开式、闭式系统
按油液循环方式不同，液压系统可分为开式系统和闭式系统。
开式系统是指液压泵从油箱吸油，把压力油输给执行元件，执行元件排出的油则直接流回油箱（图2-la）。
开式系统结构简单，液压油能够得到较好的冷却，油液中杂质易沉淀，但油箱尺寸较大，空气、脏物容易进入系统中去，会导致工作机构运动的不平稳。
在实际应用中多用于发热较多的液压系统，如具有节流调速回路的系统。
闭式系统是指液压泵的排油腔直接与执行元件的进油管相连，执行元件的回油管直接与液压泵的吸油管相
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一定。
而压力是根据工作循环中需要克服的最大阻力确定的，因此液压系统工作时，液压泵功率是随工作阻力变化而变化的。
在一个工作循环中液压泵达到满功率的情况是很少的，这就造成了发动吊臂回转。
伸缩机构用以改变吊臂长度。
变幅机构可改变吊臂仰角从而改变吊重的幅度，即工作半径。
起重机构可使重物升降。
初步回转由ZBD40型轴向柱塞马达驱动。
主臂由三级伸缩液压缸组成。
起升机构由斜轴式轴向柱塞马达驱动主、副两个卷扬筒，另设有液压控制的半闭式制动器，常开式离合器。
如图2-3,为汽车起重机液压系统图，该系统为三泵、开式、定量系统。
1、支腿回路
支腿回路由三联齿轮泵的9.1供油，支腿操纵阀8由溢流阀8.1、选择阀8.2、水平液压缸换向阀8.3、垂直液压缸换向阀8.4组成，溢流阀8.1控制泵9.1和支腿液压系统的最大工作压力,它的调整压力为16MPa。
图2-3液压原理图
当选择阀8-2被扳至上位时，泵9.1的油经油管27、选择阀8-2、换向阀8.3至水平液压缸13，当换向阀8.3置于上位时，压力油进入水平液压缸13的无杆腔，四个并联的水平液压缸伸出。
当换向阀置下位时，四个并联的水平液压缸缩回。
当8.4置于上位时，压力油经转阀15液压锁14，分别进入四个垂直液压缸12的无杆腔，支腿伸出当8.4置于下位时，压力油经油管28、液压锁14分别进入四个垂直液压缸有杆腔，支腿缩回。
转阀15为四个独立的两位开关闭，可进行垂直支腿缸微调。
液压锁14保证了起重时支腿不会缩回和油管破坏时，液压缸活塞杆也不会突然缩回，防止发生翻车事故。
另外，当行驶或停放时，支腿也不会因重力作用自动下降。
2、回转机构
当选择阀8.2置于下位时，泵9.1的油经油管27、选择阀8.2、中心回转接头7通至上车，外控顺序阀6的调压范围是5～9MPa。
当控制压力小于5MPa时，顺序阀打不开，压力油经过油管29、组合阀17给蓄能器18充液。
当蓄能器的压力达到9MPa时，压力油经控制油管30打开顺序阀，泵9.1的液压油供给回转机构。
换向阀5.2为三位六通阀。
中位时，泵卸荷。
马达锁住上下位时，马达正反回转。
5.1为回转回路溢流阀，其调定压力17.5MPa。
3、伸缩回路
压力油由泵9.3经中心回转接头7、油管31、主伸缩换向阀5.4，在换向阀5.4至液压缸2之间装有平衡阀3，其作用一是平衡负值负载，二是当油管破裂时防止伸缩缩回。
伸缩臂回路中溢流阀调定压力为17MPa。
4、变幅回路
由9.3供油，换向阀5.5与伸缩缸换向阀5.4并联，可独立动作也可单独动作，5.3是变幅和伸缩
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图2-3液压原理图
当选择阀8-2被扳至上位时，泵9.1的油经油管27、选择阀8-2、换向阀8.3至水平液压缸13，当换向阀8.3置于上位时，压力油进入水平液压缸13的无杆腔，四个并联的水平液压缸伸出。
当换向阀置下位时，四个并联的水平液压缸缩回。
当8.4置于上位时，压力油经转阀15液压锁14，分别进入四个垂直液压缸12的无杆腔，支腿伸出当8.4置于下位时，压力油经油管28、液压锁14分别进入四个垂直液压缸有杆腔，支腿缩回。
转阀15为四个独立的两位开关闭，可进行垂直支腿缸微调。
液压锁14保证了起重时支腿不会缩回和油管破坏时，液压缸活塞杆也不会突然缩回，防止发生翻车事故。
另外，当行驶或停放时，支腿也不会因重力作用自动下降。
2、回转机构
当选择阀8.2置于下位时，泵9.1的油经油管27、选择阀8.2、中心回转接头7通至上车，外控顺序阀6的调压范围是5～9MPa。
当控制压力小于5MPa时，顺序阀打不开，压力油经过油管29、组合阀17给蓄能器18充液。
当蓄能器的压力达到9MPa时，压力油经控制油管30打开顺序阀，泵9.1的液压油供给回转机构。
换向阀5.2为三位六通阀。
中位时，泵卸荷。
马达锁住上下位时，马达正反回转。
5.1为回转回路溢流阀，其调定压力17.5MPa。
3、伸缩回路
压力油由泵9.3经中心回转接头7、油管31、主伸缩换向阀5.4，在换向阀5.4至液压缸2之间装有平衡阀3，其作用一是平衡负值负载，二是当油管破裂时防止伸缩缩回。
伸缩臂回路中溢流阀调定压力为17MPa。
4、变幅回路
由9.3供油，换向阀5.5与伸缩缸换向阀5.4并联，可独立动作也可单独动作，5.3是变幅和伸缩回路的溢流阀，其调定压力为20MPa。
5、起升回路
起升回路换向阀5.6为五位六通换向阀。
操纵此阀可得到快、慢档起升或下降速度。
换向阀置于上位第一档时，泵9.2油经中心接头7、换向阀5.6、平衡阀24进入液压马达油口A使重物起升、慢速。
换向阀5.6置于下位第一档时，泵9.2油进入马达B口使重物下降、慢速。
换向阀5.6置于上下位第二档时，泵9.2与泵9.3的油口合流进入马达，快速升降起升回路溢流阀5.7调定值为21MPa。
两个操纵阀16分别控制
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图2-3液压原理图
当选择阀8-2被扳至上位时，泵9.1的油经油管27、选择阀8-2、换向阀8.3至水平液压缸13，当换向阀8.3置于上位时，压力油进入水平液压缸13的无杆腔，四个并联的水平液压缸伸出。
当换向阀置下位时，四个并联的水平液压缸缩回。
当8.4置于上位时，压力油经转阀15液压锁14，分别进入四个垂直液压缸12的无杆腔，支腿伸出当8.4置于下位时，压力油经油管28、液压锁14分别进入四个垂直液压缸有杆腔，支腿缩回。
转阀15为四个独立的两位开关闭，可进行垂直支腿缸微调。
液压锁14保证了起重时支腿不会缩回和油管破坏时，液压缸活塞杆也不会突然缩回，防止发生翻车事故。
另外，当行驶或停放时，支腿也不会因重力作用自动下降。
2、回转机构
当选择阀8.2置
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单向阻尼阀20，使制动器延时张开，迅速上闸，以免卷筒启动时或停止时产生溜车下滑现象。
6、防超载
将5.1、5.7、5.3、8.1的遥控口并联接换向阀（电磁开关），并在系统中加载荷传感器，来控制电磁开关动作，当超载时，所有溢流吊臂回转。
伸缩机构用以改变吊臂长度。
变幅机构可改变吊臂仰角从而改变吊重的幅度，即工作半径。
起重机构可使重物升降。
初步回转由ZBD40型轴向柱塞马达驱动。
主臂由三级伸缩液压缸组成。
起升机构由斜轴式轴向柱塞马达驱动主、副两个卷扬筒，另设有液压控制的半闭式制动器，常开式离合器。
如图2-3,为汽车起重机液压系统图，该系统为三泵、开式、定量系统。
1、支腿回路
支腿回路由三联齿轮泵的9.1供油，支腿操纵阀8由溢流阀8.1、选择阀8.2、水平液压缸换向阀8.3、垂直液压缸换向阀8.4组成，溢流阀8.1控制泵9.1和支腿液压系统的最大工作压力,它的调整压力为16MPa。
图2-3液压原理图
当选择阀8-2被扳至上位时，泵9.1的油经油管27、选择阀8-2、换向阀8.3至水平液压缸13，当换向阀8.3置于上位时，压力油进入水平液压缸13的无杆腔，四个并联的水平液压缸伸出。
当换向阀置下位时，四个并联的水平液压缸缩回。
当8.4置于上位
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